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人教版9年级教学建议和教学参考（上）

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人教版9年级教学建议和教学参考（上）

义务教育课程标准实验教科书（九年级）教材介绍

目　录

第十章　多彩的物质世界

全章概述和课时要求

一、宇宙和微观世界

二、质量

三、密度

四、测量物质的密度

参考资料

第十一章　运动和力

全章概述和课时要求

一、运动的描述

二、运动的快慢

三、时间和长度的测量

四、力的作用效果

五、物体的惯性

参考资料

第十二章　力和机械

全章概述和课时要求

一、重力

二、弹力

三、摩擦力

四、杠杆

五、其他简单机械

参考资料　　

第十三章　压强和浮力

全章概述和课时要求

一、压强

二、液体的压强

三、大气压强

四、气体压强与流速的关系

五、浮力

参考资料

第十四章　机械能

全章概述和课时要求

一、动能和势能

二、机械能及其转化

三、功和功率

四、机械效率

参考资料

第十五章　热和能

全章概述和课时要求

一、分子热运动

二、内能

三、比热容

四、热机

五、能量的转化和守恒

参考资料

第十六章　能源与可持续发展

全章概述和课时要求

一、能源家族

二、核能

三、太阳能

四、能源革命

五、能源与可持续发展

参考资料

义务教育课程标准实验教科书（九年级）教材介绍

目　录

第十章　多彩的物质世界

全章概述和课时要求

1、大致了解人类探索太阳系及宇宙的历程，并认识人类对宇宙的探索将不断深入。

2、知道物质是由分子和原子组成的。

3、了解原子的核式模型。了解人类探索微观世界的历程，并认识这种探索将不断深入。

4、对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。

5、初步了解纳米材料的应用和发展前景。

6、初步认识质量的概念。会测量固体和液体的质量。

7、通过实验理解密度的概念。尝试用密度知识解决简单的问题。能解释生活中一些与密度有关的物理现象。

8、有保护环境和合理利用资源的意识。

全章概述

在《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》的科学内容中，“物质”作为三大一级主题内容之一出现，其中有关物质的形态和变化、物质的属性、物质的结构与物体的尺度、新材料及其应用等二级主题的大部分内容已经在《义务教育课程标准实验教科书物理八年级》中具体化。本章是九年级的起始章，共设四个课节，即：“宇宙和微观世界”、“质量”、“密度”和“测量物质的密度”。

课本从认识广阔无垠的宇宙入手，带领学生逐渐走进多彩的物质世界。本章贯穿两个重要的物理量——质量和密度。通过讲述质量和天平的使用方法，以及密度概念的引入和测量，使学生对物质及其属性有进一步定量的认识。

第一节“宇宙和微观世界”。本节让学生知道大到天体、小到分子和原子都是物质。帮助学生树立科学的物质观和世界观，对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。

第二节“质量”。课本将质量的概念以“物质的量”、“物体中所含物质的多少”的程度引入，是考虑到初中学生的年龄特点，因此“质量”的概念讲得很浅显。由于前一节介绍了“物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的”，在此基础上来理解“物质的量”和“物质的多少”是比较容易的。必须明确一点，这并不是质量的定义。

课本直接给出了质量的单位及换算关系。通过“小数据”栏目列举了一些物体质量的大小，使学生对物体质量的尺度有大致的了解。关于质量的测量，课本介绍了托盘天平和学生天平的使用方法。

第三节“密度”。首先，课本通过“想想做做”让学生体会到体积相同的不同物质（木块、铝块、铁块）的质量不相等，表明物质在这方面的性质上存在差异。然后，让学生完成题为“同种物质的质量和体积关系”的探究。利用探究结果：同种物质的质量与体积成正比，且单位体积的同种物质的质量是一个定值，不同物质单位体积的质量不同。因此可以用单位体积的质量来表征物质的这种特性。从而引出密度的概念及其单位。

第四节“测量物质的密度”。一方面让学生学习怎样使用量筒，怎样用量筒测量不规则形状物体的体积，怎样测量物质的密度。这节内容让学生学习测定一个物理量的方法。即，测量了物体的质量和体积后，就可以通过p=m／V算出物质的密度。

在基本测量方面，要求学生学会使用天平测量物体的质量，学会使用量筒直接测量液体的体积或间接测量不规则固体的体积。

在实际应用方面，一是各课节“动手动脑学物理”栏目中设置了许多开放性、综合性的学习问题。二是学生已有许多与“物质世界”相关的知识基础，应该注意引导他们多层次、多角度来认识物质的本质属性。

课时建议

本章共分四节，建议5课时。

第一节宇宙和微观世界 1课时

第二节质量 1课时

第三节密度 1课时

第四节测量物质的密度 1课时

复习和总结 1课时

一、宇宙和微观世界

目标

1．知识与技能

知道宇宙是由物质组成的，物质是由分子和原子组成的。

初步了解原子的结构。

对物质世界从微观到宏观的尺度有大致的了解。

初步了解纳米科学技术及纳米材料的应用和发展前景。

2．情感、态度与价值观

通过了解人类探索太阳系及宇宙的历程、人类探索微观世界的历程，认识人类的探索将不断深入，帮助学生树立科学的物质观和世界观。

说明与建议

宇宙是由物质组成的

广阔的宇宙是无边无际的，究竟大到什么程度，学生很难在头脑中形成比较清晰的表象。课本通过两幅模拟图帮助学生来理解宇宙的构成。

课本图10．l－l展示的是宇宙空间各星系团的情景，目的是让学生知道银河系只是数十亿个星系中的一个，并且银河系的尺度以一束光从这头走到那头需要十万光年的数据给出，显示了银河系之大，宇宙之大。

课本图10.12-1是让学生知道，人类赖以生存的地球置身于太阳系之中，太阳系置身于银河系之中。反过来结合课本图10．1-1，银河系又置身于整个宇宙众多的星系团之中。这样的关系进一步衬托出了宇宙的巨大。

在教学中，一方面要让学生认识宇宙的宽阔无垠；另一方面，要让学生对人类探索太阳系及整个宇宙的漫长经历有所了解。建议结合本章参考资料的部分内容向学生介绍一些相关的内容，也可以让学生以资料调查研究的形式来完成。目的是让学生认识到随着科学的不断进步，人类的探索也在越来越深入。

初中年龄段的学生往往会思考这样的问题：“宇宙究竟是由什么组成的？”课本直接指出：地球及其他一切天体都是由物质组成的，物质处于不停的运动和发展之中。这里“物质”一词是相当宽泛的，在教学中，最好结合一些学生熟知的东西来讲解。如，“在地球上，有空气、岩石、高山、大海，有树木、花草、鸟兽，有人类赖以生存的衣、食、住所需的一切生活用品，这些都是物质。”这样，学生对“物质”的理解会感到很具体，在此基础上，推广到一切天体也都是由物质组成的就比较容易理解了。

物质是由分子组成的

广阔无垠的宇宙大得难以想像，它是由物质组成的。那么，物质又是由什么组成的？构成物质的小微粒究竟小到什么程度？要回答好这些问题，自然需要引出“分子”的概念。

想想议议

课本是通过“想想议议”栏目提出问题：如果把玻璃杯打碎了，其碎片还是玻璃。经过多次分割，甚至碾成粉末，颗粒越分越小。如果不断地分割下去，有没有一个限度呢？

教学中的难点是对问题中的分割“限度”一词的理解。如何帮助学生理解好课本中“任何物质都是由极其微小的粒子组成的，这些粒子保持了物质原来的性质”这句话的含义？实际上，学生难于把握的是“保持物质原来性质”的确切含义。建议进一步举出一些学生日常生活中能摸得着、看得到的实例。如，可否以分割糖粒为例。开始的分割会仍然保持甜的味道，但是继续分割下去，也就是当把糖粒分到没有甜味的时刻，那时的微小粒子就不再是糖了，我们所说的“限度”就在于此。即，保持糖这种物质原来性质的最小微粒叫做糖的“分子”。这样引出分子的概念学生比较容易理解。

在学生初步了解分子概念的基础上，要让学生知道分子的尺度大小。分子用肉眼是不能看到的，课本图10.1－4展示了电子显微镜下金分子（单原子）的照片，帮助学生消除对分子概念的神秘感，让学生知道科学技术的进步拉近了我们与物质世界微观结构的距离。

固态、液态、气态的微观模型

物质是由分子组成的。用分子的概念可以帮助学生建立固态、液态、气态的微观模型。课本通过“想想议议”栏目提出问题，针对课本中“物质认液态变为固态时体积变大还是变小？”的问题，学生首先往往会想到的是水变成冰的情况，而这种情况又是特例，不具有普遍性。因此教学中要求学生寻找生活中自己所观察到的现象来支持自己的说法。这对培养学生观察、分析、归纳、概括问题的能力是十分重要的。课本图10．l－5所示的蜡烛熔化后再凝固成固态的蜡为例，说明该物质从液态变为固态时体积变小。在教学中，应鼓励学生观察生活，列举实例进一步加以说明：多数物质从液态变为固态时体积变小。如，钢水变成钢锭（凝固的面是凹陷的，最好能找到钢锭之类的照片展示给学生看），电路焊接时使用的焊锡（学生可动手操作并观察）等。

液态变为气态时，体积显著变大，这在教学中不会有太大困难。研究结果表明：水在汽化时，体积增大约1700倍；乙醚汽化时，体积增大约250倍。实际教学中，可采用相对比例图表示出液体变成气体后，体积的显著变化。”

当物质的状态发生变化时，体积发生变化是由于构成物质的分子在排列方式上发生了变化，这时分子之间存在的相互作用力也发生改变。教学中的难点是由于学生对“力”的概念还没有完全形成，因此，不要把分子力讲得过细，与八年级中有关问题的处理方法一样，点到为止。

结合课本图10.1-6，分析物质处于不同状态时所具有的不同的物理性质。课本采用拟人的模型图手法帮助学生理解固态、液态、气态的微观模型：

1．固态物质中，分子与分子的排列十分紧密有规则，粒子间有强大的作用力将分子凝聚在一起。分子来回振动，但位置相对稳定。就像学生在自己的座位上身子可以来回晃动一样。因此，固体具有一定的体积和形状。

2．液态物质中，分子没有固定的位置，运动比较自由，粒子间的作用力比固体小。就像学生在自己的教室中交换座位，但又没离开教室一样。因此，液体没有确定的形状，具有流动性。

3．气态物质中，分子间距很大，并以高速向四面八方运动，粒子之间的作用力很小，易被压缩。就好比学生在操场上玩，他们处于完全自由的状态，四处奔跑。因此，气体具有很强的流动性。

有条件的学校，可将该拟人图示做成动态的软件形式加以演示，以提高学生的感性认识。

原子结构

教学中如何让学生知道什么是原子？可以考虑继续举出前面分割糖的例子。倘若分割到分子尺度时，这样的微小粒子仍是糖，因为它还保持着糖的性质。如果再分下去，得到的就不再是糖。即，分子再被分割，得到的就是原子，从而引出原子的概念，并通过图示给出了原子结构模型图。物质是由分子组成的，分子又是由原子组成的，有的分子由多种原子组成（课本图10.1－7），也有的只由一种原子组成（图10．1－4）。这样处理学生还是比较容易理解的。

20世纪初，科学家发现，原子的结构与太阳系（课本图10.1-2）十分相似，它的中心是原子核，在原子核周围，有一定数目的电子在绕核运动（课本图10.1-8、10.1－9）。接着让学生了解原子的尺度，原子非常小，研究表明：原子的半径大约为m，人类用肉眼可以看见的最小灰尘，其中也包含了大约个原子！

有关夸克的知识只要提及一下即可，目的是让学生初步了解人类对物质世界的认识过程。

科学世界纳米科学技术

纳米技术是很前沿的技术，因此让学生初步了解一些纳米方面的知识是十分必要的。可以让学生阅读栏目中有关“纳米科学技术”的内容，不要求学生一定理解其中的一些术语，而是让学生知道“纳米”只是一个长度的单位，纳米科学技术是人类在认识和探索物质世界微观结构的进程中发展起来的一种技术。科学研究表明：当物质被细分到纳米尺度，即物质小颗粒的尺度小到l～100nm时，物质原有的属性一般会发生比较显著的变化。这是由于每一颗粒内只包含几十或几百个原子、分子，所以使得纳米材料在许多物理、化学性质上既不同于日常的大块的固体，也不同于单个的原子、分子。例如，大块金子是黄色的，10nm的金颗粒是绿色的，而1nm的金颗粒是红色的。人们对纳米材料的研究正是利用它在某一特性方面的变化来改变原材料的效能。

由此可见，人类对物质世界的认识经历由宏观到微观的过程，反过来人类又通过对微观物质世界的深入研究，进一步影响着宏观物质世界研究发展的进程。

本节教材内容的结构设计，符合人类对物质世界认识的过程。即，首先让学生通过对摸得着、看得见的宏观物质世界的学习引发兴趣，然后带领学生逐渐走进微观物质世界，了解人类探索微观物质世界的历程，并认识这种探索将不断深入。反过来，对微观物质世界的研究又影响着宏观物质世界研究的发展进程。人类对纳米科学技术和纳米材料的研究就是一例，让学生初步了解这样一种辩证关系的存在是有意义的。

动手动脑学物理

1．结合课本中有关固态、液态、气态的微观模型的内容，针对自然界和日常生活中的各种不同状态下物质的特性，归纳、总结出固体、液体、气体的不同特征。让学生通过个性来寻找物质共性的东西，这对培养学生分析问题，归纳推理等方面的能力是十分有意义的。

2．目的是考查学生对物质尺度的认识和了解。银河系相当巨大，其尺度在m左右，而用光年的长度单位表示则为十万光年左右，这样表示比较方便。

3．略

4.可以考查学生是否了解有关科学家已实现对分子或原子的操纵这一纳米技术，通过计算进一步了解纳米尺度的大小。要求学生在图上标出小人的长、宽、高，这只是一个估测值，约长：2．5nm，宽：0．5nm，高：5nm。如果两万个这样的“分子”人排列只有一根头发粗细，那么头发的直径大约是2．5×m。

二、质量

目标

1．知识与技能

知道质量的初步概念及其单位。

通过实际操作，掌握天平的使用方法。

用分子和原子的概念初步理解“物质的量”的含义。学会测量固体和液体的质量。

2.过程与方法

通过观察、实验，认识质量是不随物体的形状、状态、空间位置而变化的物理量。

3．情感、态度与价值观

通过天平使用的技能训练，培养学生严谨的科学态度与协作精神。

说明与建议

本节内容包括三部分的内容，即质量的初步概念，质量的单位和如何用天平测量质量。质量的概念只作“物质的量”的粗浅介绍，重点是质量的单位和用天平来测量质量的问题。

质量

教学时可以举出学生熟悉的几种物体，指出它们都是由物质构成的。学生往往容易把“物质”与“物体”混为一谈，因此教学中要交待清楚。物体是指具有一定形状，占据一定空间，有体积和质量的实物。而在这里所讲的物质是指构成物体的材料。如，木制的桌子和椅子由木材构成；铝锅和铝勺由铝构成；铁锤和铁钉由铁构成。利用学生已有的“东西有多有少”的知识基础，引导学生认识一张木制的大桌子比一把小木椅所含的木材多；一口铝锅比一把铝勺所含的铝多；一把铁锤比一个铁钉含的铁多。有了上节讲过的“物质是由分子组成的”、“分子是由原子组成的”知识基础，让学生从“物质的量”的概念出发，把“物体中所含物质的多少”叫做质量而引出，教学上会比较顺畅和自然。

质量是物理学中的一个基本概念，它是物体惯性大小的量度，质量又与能量相联系，这些知识将在高中物理中学习。在初中对质量的概念讲得很浅显，只是说质量表示了物体所含物质的多少，必须明确一点，这并不是质量的定义，教学中不必过分强调。

质量的单位

课本直接给出了质量的单位——千克。并给出相应的克、毫克、吨及换算关系。通过“小数据”栏目列举了一些物体质量的大小，使学生对物体质量的尺度有大致的了解。对物质世界从微观到宏观的质量尺度的了解，有助于学生对1千克形成较具体的观念。

讲过质量的单位后，可以告诉学生，在生活和贸易中，人们习惯上把质量叫做重量，但是物理学中都统一叫做质量。

质量的测量

天平是实验室测量质量工具。课本中主要介绍托盘天平和学生天平。可在让学生观察实物的基础上，通过阅读课本，明确天平的工作原理，熟记并回答课本中提出的几个有关问题。动手操作，学习使用天平测量物体质量的方法及注意事项。

1．与许多测量仪器（学过的电流表、电压表）一样，天平也有它自己所能称量的最大质量。即，天平的“称量”。被测物体的质量不能超过“称量”的值。如果超过，就会损坏天平支点处的刀口。

2．不能用手触摸砝码是因为手上有汗泥，容易将砝码弄湿、弄脏，从而使砝码生锈损坏。砝码生锈，其质量就会发生变化。

3．潮湿的物体和化学药品容易腐蚀天平托盘，不能直接放到天平的盘中。

想想做做

课本以“想想做做”的形式要求学生学会天平的使用方法。学生具体选取什么物体作样品来称量，教师不必强求一致，我们的目的只是让学生在动手操作的过程中掌握天平的使用方法。天平作为基本测量技能训练的测量仪器，不能仅靠阅读和教师讲解来完成，而是要一边思考，一边实际操作，严格按照仪器使用说明书上的操作要求进行操作。课本只将天平的使用方法中主要几项列出，建议教学中学生在认真阅读天平的使用说明书和课本后，要实际进行操作。

1．放置天平的台子应该是水平的。

要求学生注意观察自己手中的天平有没有检查天平底座是否水平的装置？

2．天平使用前要使横梁平衡。

每台天平都有一个平衡螺母，用来调整横梁的平衡。要求学生找到天平平衡螺母的位置，思考并动手调试，使横梁水平。

3．确认砝码盒中最小的砝码质量是多少？

要使天平能够分辨出比最小砝码更小的质量，那就要使用游码。让学生知道游码每向右移动一格，就等于在右盘中增加一个小小砝码。天平不同，游码移动一个小格相应增加和减少砝码的质量数也不同。另外，学生必须明确：使用天平之前游码所应停放在标尺的中心位置，使用天平时，要求把待称的物体放到左盘，在右盘中增减砝码，一方面是人习惯上都是用右手来加、减砝码；另一方面砝码有自己固定的位置可保持砝码的清洁不被损坏。

4．在左盘放好等待称量的物体，向右盘中尝试着加砝码时，应该先从加质量较大的砝码开始。

5．判断天平是否平衡，可以根据指针左右摆动幅度是否相等来判断，而不必等到指针完全停止摆动。因为摆动幅度相同，表明天平两侧的力矩已经平衡。这样处理可以节省教学时间。

另外，要求学生通过切身的体验，将自己认为天平操作过程中应该注意的事项在课本上标识，真正掌握天平的使用方法。

想想做做

设计这两个实验，其目的一方面是让学生练习使用天平称质量，培养学生使用无平的技能；另一方面是让学生通过实际动手操作获得体验，理解物体的质量不随形状、状态而改变。实验1比较容易理解。实验2对于初中的学生来说，有的学生可能会认为白糖溶于水后而消失，从而总体质量就减少的错误结论。这里需要说明一点：白糖溶于水只是变成了白糖的水溶液，而不是液态的白糖。因此最好还是补充测量将冰块溶成水前后的质量变化的实验。

动手动脑学物理

1．本题要让学生知道质量是不随空间位置而变化的物理量。在这里不要求学生弄懂“引力”、“失重状态”之类的术语的确切含义，解决好这个问题的关键是引导学生从“物质的量”、“物体中所含物质的多少”入手。换句话说，照片中的宇航员能像吃地球上的食物一样。组成物质（食品）的分子的个数并没有增加或减少，因此从地球带到太空的食品的质量没有变化。

2.这是实验技能训练方面的问题。测量单个小物体的质量时，由于被测物体的质量比较小，托盘天平和学生天平的精度不够，难以测量出单个小物体的质量，因此采取复数测量的方法，以提高测量结果的准确度。如，要称量一个大头针的质量，一般采用复数法。即数出多个，如数100个大头针一同放到天平上称量，将称量的结果除以100便得到1个大头针的质量。教学中还可以让学生选取其他的被测物体，如测量一枚邮票的质量、一个图钉的质量、一个曲别针的质量等。

3．让学生了解测量质量的工具不仅仅是天平，其工作原理与天平相同的台秤就是一种。台秤的秤盘和砝码盘相当于天平的两个盘，课本图10．2－4中标注的“槽码”和“游码”相当于天平的砝码、游码。判定它的横梁是否平衡，是通过秤杆是否水平或根据秤杆以水平线为中心上下摆动幅度是否相等来判断，不必等到指针停止摆动。它的平衡螺母就是在秤盘下面称之为“调零螺丝”的东西。怎样调整才能使横梁平衡？将台秤放平，游码置于秤杆左侧尽头，秤盘和砝码盘不放任何东西，这时调节“调零螺丝”待秤杆水平或秤杆以水平线为中心上下摆动幅度相等。

三、密度

目标

1．知识与技能

理解密度的物理意义。

用密度知识解决简单的实际问题。

2．过程与方法

通过实验探究活动，找出同种物质的质量与体积成正比的关系。

学习以同种物质的质量与体积的比值不变性（物质的本质特征）来定义密度概念的科学思维方法。

3．情感、态度与价值观

密度反映的是物质本身所具有的特性。通过探究活动，使学生对物质属性的认识有新的拓展。

说明与建议

想想做做

首先，让学生用天平称量体积相同的不同种物质木块、铝块、铁块（实际教学中也可选择其他体积相同的不同种物质）的质量。称量的结果会使学生认识到，体积大小一样，但种类不同的物质，质量是不同的。表明物质在这方面性质上的差异。学生进一步会提出如果质量相同的不同种物质体积会怎样？这时可通过演示100g水和100g酒精体积的不相等，使学生再一次认识不同物质性质上的这种差异。

探究学同种物质的质量和体积的关系

通过上面“想想做做”学生会提出这样的问题：

同种物质的质量和体积会有什么关系？对初中学生来说，无论从生活经验，还是思维能力上的发展，这样的问题不是十分难理解的。例如，将同种物质构成的物体分割成两半，其中体积被分割成了两半，物质的量也被分割成了两半。因此他会有这样的推测：同一种物质，体积越大，质量越大。如果体积增大到原来的两倍，质量是否也会增加到原来的两倍呢。也就是说，同一种物质的质量与它的体积成正比吗？

课本用铝块作实验样品，取大小不同的若干铝块，分别用天平测出它们的质量，用直尺测出边长后计算出它们的体积，列出表格来，然后以体积V为横坐标，以质量m为纵坐标，在方格纸上描点，再把这些点连起来。建议教学中可以根据本校的实际情况来选取实验样品，并非一定要选取铝块。也可选取一组其他物质作样品。

应该说明的是：课本举例以一种物质——铝为研究对象，要使学生获得对密度这个反映物质基本性质物理量的认识，最好再选取另一两种物质为样品进行测量，并将测量结果放在同一坐标中。通过定量测量的结果可以直接比较不同物质在这种性质上的差异。为了节省教学时间，建议让学生以小组为单位，每个小组中的测量样品选取1～2块同种物质。而不同小组之间可以选取不同种物质进行测量。学生测量后要组织好全班的交流，这样学生通过测量数据或图像就可以判断出实验结果与自己的猜想是否一致。从测量数据上看，会得到同种物质的质量增加，其体积也增大；质量减少，体积也会减小的结论。将测量数据图像化，会更直观地得出：同一种物质的质量与它的体积成线性关系，即同一种物质的质量跟体积成正比。

将实验结果图像化，并根据图像的描述找出各变量之间的关系。这种数据处理的方法在初中物理中还是第一次出现。在上一册欧姆定律内容的数据处理上，虽然是研究电流、电压、电阻三者的关系问题，即在电阻一定的条件下，电流跟电压成正比的关系问题，但是没有将实验数据图像化。本课节中实验数据图像化的问题尽管很重要，但对学生要求不宜过高，其主要原因是初中学生的数学知识还没有完全跟上。

想想做做

在上面的探究中，分别计算每个铝块质量与体积的比值，可以得出其比值是个定值。这种比值不变性反映的正是物质本身所具有的特性。对不同物质来说，其质量和体积的线性关系表现在过原点的不同直线上。换句话说，各种物质所对应的比值是不同的。

密度

要引导学生认识到，上述的比值是十分有意义的物理量，它反映了不同物质的不同特性，因此有必要给它起个名字，物理学中就把它定义为密度，它只跟物质的种类有关。这种研究问题的方法和定义物理量的方法是物理学中常用的。密度是初中物理教学的重点内容之一，通过这一知识的教学，不仅使学生学到知识，而且应该渗透一点研究问题的方法。

需要注意，学生在数学中虽然学过比例的知识，但是用到物理中来，理解同种物质的质量跟体积的比值是一个定值的含义，仍是有困难的，所以课文中对此作了解释：质量与体积的比值一定，表示体积增大几倍，质量也要增加几倍，即质量与体积成正比；质量与体积的比值等于单位体积的质量。帮助学生把数学知识用到物理中来理解比值的物理含义。考虑到用比值定义物理量比较抽象，课本在学生“想想做做”的基础上进一步说明比值的含义，仍用某种物质单位体积的质量来定义密度，以便学生理解。并在此基础上给出计算密度的公式和单位。

密度的单位是由质量单位千克和体积单位立方米组成，属复合单位。这是第一次在初中物理中出现，在后续的一些物理量的学习中还会遇到。如速度的单位是由路程的单位米和时间的单位秒组成。因此教学中有必要特殊强调一下，帮助学生理解和掌握。

另外，课本中给出了一些物质（固体、液体、气体）的密度值，要求学生会查密度表中的密度值。这些密度值是科学家经过严格准确的测量得出来的，而且随着测量技术的不断改进和提高而不断提高准确性。

引导学生阅读表中列出的各种物质的密度值，对于那些常见的物质的密度，形成一些具体的认识，例如金比铜的密度大，铜比铁的密度大，冰比水的密度小，记住水的密度等。例题作为示范，教给学生如何运用物理公式进行密度计算。要求学生按一定的格式和步骤进行计算，不能只写公式和数字，一定要把必要的文字说明写出来。特别是对单位的运算要加以强调，提醒学生注意正确地书写，不能遗漏。

动手动脑学物理

1．将密度公式变形后，已知体积和密度来求质量的问题。教学中可再补充几道相关的问题，但不宜过多和繁琐。

2．属实践类题目。要测量硬币的密度，就必须测量其质量和体积。

用学生天平测量多个硬币的质量，然后求出一个硬币的质量。体积的测量方法也很多，学生自己选定。根据学生测得的密度值对照密度表中的铝的密度，看是否接近。要求写出选用的实验器材和实验方法及实验步骤。

1角、5角和1元硬币所用的金属是否相同，还是要根据实验测量得出其密度值加以判断。

3．同第一题一样，已知体积和密度，根据密度公式求质量的问题。

其中汽油的密度让学生从密度表中查出，计算的结果是：装水2．5kg；装汽油1．8kg。

四、测量物质的密度

目标

1．知识与技能

通过实验进一步巩固物质密度的概念。

尝试用密度知识解决简单的问题。能解释生活中一些与密度有关的物理现象。

学会量筒的使用方法。一是用量筒测量液体体积的方法；二是用量筒测量不规则形状物体体积的方迭。

2．过程与方法

通过探究活动学会测量液体和固体的密度。学会利用物理公式间接地测定一个物理量的科学方法。

3．情感、态度与价值观

培养学生严谨的科学态度。

说明与建议

在前面学习质量、密度概念及用天平测量质量的基础上，学习测量物质的密度。学习利用物理公式间接地测定某个物理量的方法。规则形状固体物质的体积可以用刻度尺等测量工具来测量，液态物质的体积应该使用量筒来测量，不规则形状固体物质的体积也可以使用量筒来测量。

想想做做

怎样使用量筒？

可在让学生观察实物的基础上，通过阅读课本，回答课本中提出的几个有关问题，并动手操作，学习使用量筒测量液体和不规则固体体积的方法及注意事项。一方面培养学生的自学能力；另一方面，通过这种技能的训练，培养学生注意观察事物和动脑思考问题的能力，以及严谨的科学作风。

1．量筒上的单位刻度多是以毫升（mL），也有一些是用立方厘米(cm3)来标度的。

2．与许多测量仪器（学过的电流表、电压表、天平等）一样，量筒也有它的最大测量值。实验室中常用的有：50mL、100mL、500mL、1000mL等。

3．量筒的分度值也各不相同，根据你测量精度的要求和被测物的尺度等因素来选择量筒的大小和分度值。

4．视线与液面水平，与刻度线垂直。

5．怎样用量筒测量不规则形状物体的体积？

不规则固体物质体积的测量，需用量筒或量杯。这里利用等量占据空间替代的方法。要求学生较好地掌握，有助于后面浮力部分内容的学习。

另外，对于有余力的学生可在此基础上提出这样的问题：

1．如果要测量的不规则物体的体积过大或无法浸入现有量筒之内，

你有什么办法测量出它的体积？

可采用“溢杯法”。即，将物体浸入盛满水的容器内，同时将溢出的水接到量筒中，读取的数值便是该物体的体积。如果现有量筒一次仍不能盛取溢出的水量，可慢慢将物体浸入，并多次盛接和读取数据，最后相加得到物体的体积。

2.如何用量筒测量密度小于水的不规则物体（石蜡）的体积？

可采用“悬垂法”。先读取悬挂重物浸没于量筒中液体时对应的体积，然后将石蜡和重物系在一起浸入量筒中读取此时的体积。两者的差值便是石蜡的体积。

该问题一方面是对量筒使用方法的拓展；另一方面是对学生处理实际问题能力的培养。

探究

怎样测量物质的密度？

课本选择盐水和形状不规则的塑料块为研究对象，具体教学中也可选择其他种类的液体和固体为研究对象测量其密度。

要求学生自己设计实验数据记录表格，用于记录测量盐水和塑料块（或其他样品）密度时所用的数据及所得的结果。注意不要强求一致，关键是要让学生明白需要记录哪些数据。让学生把所测得的有关数据填入其表格中，并根据测量数据进行数据处理，通过物理公式计算，间接得出被测物质的密度值。

从实验原理、实验仪器的选取和使用、实验步骤的设计、数据的采集、并根据数据得出结果，这对学生实验能力的培养是十分重要的。课本上没有现成的实验步骤，而是要求学生有目的、有计划地进行设计并实际操作，正确地记录数据得出结果。由于有上一节探究同种物质的质量与体积的关系这一实验的基础，因此本节的探究活动学生是有能力自主完成的。

动手动脑学物理

这两个问题属综合性的问题。有关物质的声特性、光特性、热特性、电特性等初步知识已在八年级中学习，处理该问题需综合考虑金属物质的各种属性，如，熔点、密度、物质的导热性能和导电性能等物理特性以及产量和市场价格。教学中建议以小组讨论形式，学生可以各抒己见，教师不要定些条条框框，这样会限制学生的思维空间，要求学生阐明自己的观点，同时要清楚说明其理由。这对培养学生思维能力、判断能力、分析问题和解决问题的能力、语言表达能力等是十分有意义的。

参考资料

密度

分布均匀的物质，它的密度定义为由该物质组成的物体的质量与体积之比，或单位体积内所含该物质的质量。用m和V分别表示物体的质量和体积，用p=m/V表示组成该物体的物质的密度，则有。密度的单位是千克每立方米，符号是kg/m3

分布不均匀的物质，可用质量与体积之比表示物体的平均密度：

p平均=m/V

物质的密度随外界的压强和温度的变化而变化，一般说来，压强增大物质密度也增大，温度升高物质密度减小。水是一个例外，它在4℃密度最大。在给定条件下某一物质的密度p1与另一参考物质的密度p2的比d=p1/p2，叫做该物质的相对密度。相对密度是一个无量钢的量。

密度的倒数称为比体积。

物质分布不均匀的物体，物体中各点的密度不同。某一点的密度p定义为含有该点的体积元的质量△m与△V之比，当△V收缩到一点时的极限值：

整个物体的质量可表示为

如果质量分布在曲面或曲线上，则可类似地给出相应的面密度和线密度的定义，及其与整体质量的关系：

式中的△S表示曲面上面元的面积，△l表示曲线上线元的长度。

质量

物理学的七个基本量之一。最初，牛顿把质量定义为物质的量，同物质的密度和体积成正比。直到19世纪下半叶，以马赫为代表的一批物理学家对牛顿力学的基础进行了认真的考查，对牛顿的质量定义提出了非议，在实验事实的基础上建立了惯性质量和引力质量的概念。

在牛顿运动定律中，质量是物体惯性大小的量度，叫做惯性质量。在万有引力定律中，质量反映物体受到的和产生的引力的大小，与惯性无关，叫做引力质量。惯性质量和引力质量反映的是物体的两种不同属性，它们之间有什么关系呢？牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，对运动定律和万有引力定律都用同一个“质量”的概念，隐含着惯性质量等于引力质量，牛顿的这种作法是否正确呢？

牛顿虽然没有提出惯性质量和引力质量的概念，但他是意识到这个问题的，并用单摆实验来求两者的关系。如图10-1所示，设单摆摆长为l，摆球的惯性质量为mi，引力质量为mG。，在摆角α很小时，单摆的运动方程为：

miα=－mGg。

由此求出摆球作简谐振动的周期为：

T=2π

采用不同材料做成不同质量的摆球，但保证摆长相同，实验结果是周期全都相同。这就证明，对所有摆球，mi与mG的比值是一个普适常量。

上述实验的精度不高，只能准确到10－3。1890年匈牙利物理学家厄缶（R．EdtV6S，1848～1919）提出一个精确的实验，以10-9的精度证明了上述结果。1964年，美国的R．H狄克改进了厄缶实验，图10-2是狄克实验的示意图：在灵敏扭秤的横梁两端各放一个引力质量相同材料不同的球A和B，横梁只能绕竖直轴转动。A和B既受地球吸引，也受太阳吸引。地球的引力在竖直方向上，不能使扭秤转动。如果引力质量与惯性质量之比不是常量，太阳的引力将使扭秤转动。设初始时横梁与阳光垂直，则有

和

因此，

：式中的G是万有引力常量，是太阳的引力质量，r是太阳与地球的距离。设a为地球相对于太阳的加速度a0，则对地球上的观察者来说，A、B两球相对于他的加速度将是

如果mG与mi的比值是个普适常量，则a’A=a’B。，地球上的观察者将看不到横梁的任何摆动。如果mG与mi的比值随材料而改变，则观察者将因地球的自转而看到横梁以24小时为周期的摆动。狄克以10-11的实验精度证明了mG与mi的比值是个普适常量。后来，到70年代初，布拉金斯基等人又把实验的精度提高到0．9×10-12。

既然mG与mi的比值是个普适常量，只要选取适当单位，就可以使二者相等，即mG=mi。这样，我们就可以不再区分它们，而认为质量既表示引力质量又表示惯性质量。

爱因斯坦深刻地看出了这个简单结论的重要意义，在引力质量与惯性质量相等的基础上提出了“等效原理”，这一原理成为爱因斯坦建立广义相对论的基本原理之一。

近代物理学发展进程简介

《20世纪物理学革命》是上海科技教育出版社出版的《诺贝尔奖百年鉴》丛书中的一本。该书给我们描述了物理学的革命历程。其中，20世纪是物理学发展史上最富有成就的世纪，物理学在经典物理学的基础上飞速发展，取得了许多辉煌的成果，对人类社会产生了深刻的影响。

在20世纪之前，物理学家对于物质结构的认识还只是观念性的。20世纪前夕的1897年，人类才发现了第一种基本粒子——电子。在那以后，物理学家才真正开始了探索微观物质世界的进程。1900年，普朗克提出量子假说，量子论就此诞生。其后，爱因斯坦用光量子理论解释了光电效应。1913年，玻尔提出了原子光谱理论，建立了现代意义上的原子模型。在20世纪20年代，矩阵力学、薛定谔方程、泡利不相容原理、海森伯不确定原理和狄拉克电子方程相继提出，为量子力学奠定了基础。这是20世纪物理学史上一场名副其实的革命。

与量子革命几乎同时，爱因斯坦发动了20世纪物理学的另一场革命。1905年，他提出了狭义相对论，把自牛顿以来一直根深蒂固的绝对时空观从物理学中驱逐出去了。1915年，他又提出了广义相对论，从而建立起引力的科学理论。相对论和量子理论一起，成为20世纪物理学的两大基石。40年代，量子电动力学诞生，它利用相对论和量子理论对电磁力进行了极为深入的阐述。50年代，发现了弱相互作用的宇称不守恒现象。60年代，夸克模型成功建立。60年代末到70年代初，电弱统一理论和量子色动力学相继提出，标准模型正式形成。标准模型是人类认识微观世界的进程中一个重要的分水岭，堪称20世纪物理学的又一场革命。

然而，标准模型并不意味着人类探索自然的脚步就此停止。一方面，将引力与电磁力、弱力和强力统一到一个完整的大统一理论一直是物理学家无法割舍的梦想；另一方面，实验和观测所提供的数据也提出了许多新的问题。20世纪80年代以来，弦论的蓬勃发展，也许同样将是一场给物理学带来巨大影响的革命。

《中国教育报》2001年10月18日第7版（张白）

第十一章　运动和力

全章概述和课时要求

1．能用实例解释机械运动及其相对性。

2．能通过日常经验或自然现象粗略估测时间。会使用适当的工具测量时间。能通过日常经验或物品粗略估测长度。会选用适当的工具测量长度。

3．能用速度描述物体的运动。能用速度公式进行简单计算。

4.能用示意图描述力。知道二力平衡条件。

5.通过实验探究，理解物体的惯性。能表述牛顿第一定律。

全章概述

机械运动现象最普遍、最简单，学生也最熟悉。例如，学生在小学已经进行过速度计算的训练；又如，相对运动、惯性等也是生活中常见的现象。学习本章内容，可以充分利用学生已有的知识和生活经验来逐步展开。

时间和长度的测量是物理学和技术中最基本的测量，学生应该掌握常用测量工具的用法，并会选用适当的测量工具。生活中还常常利用估测的方法测量长度和时间，应通过活动使学生有所了解。

对于速度的计算，要求学生会利用路程、时间求出，或利用速度公式中的两个物理量求出第三个物理量，教学中不宜做过深的引导，如追及问题等。

课时建议

本章共分五节，建议6课时。

第一节运动的描述 1课时

第二节运动的快慢 1课时

第三节时间和长度的测量 1课时

第四节力的作用效果 1课时

第五节物体的惯性 1课时

复习和总结 1课时

一、运动的描述

目标

1．知识与技能

知道参照物的概念

知道物体的运动和静止是相对的

2.过程与方法

体验物体运动和静止的相对性

3．情感态度与价值观

认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止是相对的，建立辩证唯物主义世界观。

说明与建议

想想议议

课本图11．l－l出示了一组有趣的图片，分别表示了几种不同的运动。在课文中也列举了许多物体做机械运动的例子。教师应引导学生结合身边实例，认识运动是宇宙中的普遍现象。教师还可引导学生结合思考以下问题，由浅入深地提高对机械运动概念的认识：足球场上正在进行比赛，场上哪些物体是运动的，哪些物体是静止的？（运动员、足球是运动的，球门是静止的。）运动的物体有什么特点？（它们相对于地面的位置在改变。）静止的物体是绝对不动的吗？（不是。球门相对于地面的位置虽然没有改变，但随地球的运动，它相对于太阳的位置在改变，因此也在运动着。）通过回答这些问题，学生可以认识到机械运动的特点就是“物体位置的变化”，然后过渡到对“参照物”的讲解。

课本图11．1-2是地壳板块移动影响地貌的示意图。

20世纪初期德国科学家魏格纳提出了“大陆漂移学说”，后来发展为“板块构造学说”，并得到了古生物学、古地磁学等方面证据的支持。可与地理知识整合，扩大学生的视野。研究表明，日本茨城县鹿岛町与中国上海市的距离，由于板块运动每年缩短2.9cm；而科学家们发现欧亚大陆板块在与邻近板块互相碰撞、挤压作用下，每年平均上升约0．2cm～0.5cm。

参照物

通过阅读课文，或放映教学VCD，使学生回忆类似的场景，而后提问：“为什么乘客会产生错觉？”经学生讨论，初步明确乘客判断动、静所选的标准不同以后，会产生不同的判断。为了加深这一认识，可让学生做下面的实验：把课本平放在桌上，课本上放一把尺子，推动课本使它沿桌面缓缓移动，让学生思考回答：

a．选取课桌作标准，尺子和课本是运动的还是静止的？

b．选取课本作标准，尺子、课桌是运动的还是静止的？

c．选取尺子作标准，课桌和课本是运动的还是静止的？

通过以上讨论，使学生认识相对于不同的标准，物体的运动和静止情况不同，因而描述物体的运动情况需要选定一个标准，这个标准就是参照物。

最后给出参照物的概念及运动和静止的相对性，强调一下：我们通常说的静止或不动，是相对于地面说的是相对静止。两个物体运动方向、运动快慢相同，它们彼此就是相对静止。

课本图11．1－4给出了几种不常见的情景，以扩展学生的视野。

动手动脑学物理

1．略。

2．地球同步通信卫星也叫同步轨道通信卫星，它绕地球转动一周的时间与地球自转周期相同，约为24小时。这种卫星发射到赤道上空与地球自转同向运行，因此，从地面上任一观察点看去，卫星是静止不动的。目前绝大多数的卫星通信系统采用静止通信卫星。

3．如果以电视机为参照物，运动员确实可以近似看做是不动的。但实际上我们根据经验，会很自然地选取相对地球不动的物体作参照物，例如观众、跑道等作为参照物，因此会感觉运动员是运动的。

二、运动的快慢

目标

1．知识与技能

能用速度描述物体的运动。

能用速度公式进行简单的计算。

知道匀速直线运动的概念。

2.情感、态度与价值观

感受科学与艺术结合所带来的美感。

说明与建议

想想议议

教师可以首先说明，研究物体运动的快慢是个重要问题。赛跑时，谁得冠军，看快慢。汽车、火车、飞机运动的快慢也是人们所关心的。然后组织学生讨论“想想议议”中的问题，围绕如何比较运动的快慢进行思考。

在学生讨论过程中，教师可以提出以下问题来引导学生的思路。

问：蜗牛在地面上沿直线爬行，自行车在笔直的公路上行驶，飞机在空中沿直线飞行，它们做机械运动的情况有何区别？

答：运动的快慢不一样。

问：步行人和骑车人同时由同地出发，假如手中没有钟表，怎样比较他们运动的快慢？

答：只须观察他们哪个在前。

教师归纳：在相等的时间内，走的路程远的人运动得快。

问：同是百米运动员，如何比较他们运动的快慢？

答：测量出100m的距离，让运动员们同时起跑，比较哪个运动员先到达终点。

教师归纳：通过相等的路程，用的时间短的人运动得快。

问：一位同学百米跑用了12S，而一万米跑世界冠军的成绩大约是28min，怎样比较他们运动的快慢？

教师可启发学生回答：在运动的时间、通过的路程都不相等的情况下，1s内跑的路程多的人运动得快。

通过以上讨论引入速度的计算公式。在此过程中，还要注意结合学生在小学数学中已学到的知识。

速度

关于速度的单位，教学中要说明它是依据公式得到的。速度等于路程除以时间，所以速度的单位是路程的单位除以时间的单位。如果路程的单位用米，时间的单位用秒，速度的单位就是“米／秒”。如果路程的单位用千米，时间的单位用小时，速度的单位就是“千米／时”。“时”是小时的简称，在计算和用中文符号书写单位时，要用简称。千米、米、分米、厘米、毫米和秒、分、小时、天（日）、年都是我国规定的法定单位，由它们组合成的速度单位，如千米／时、毫米／天、厘米／年等，也是法定单位。但教学中只介绍物理学中常用的“米／秒”和日常生活中常用的“千米／时”就够了。

教学中要注意纠正有些学生说“速度是每秒XX米”或“速度是每小时XX千米”的习惯。

想想议议

“频闪摄影”技术在科学研究有一定的作用，例如帮助运动员改进动作（课本图11．2－4丙）。课本图11．2－2是网球运动的频闪照片，在图甲中，网球在相同的时间间隔内运动的距离相同，因此运动的速度是不变的；在图乙中，网球在相同的时间间隔内运动的距离越来越大，也就是说，它的运动速度越来越快。由此引入下面的内容：我们把类似于图11．2－2甲的运动叫做匀速直线运动。

科学世界

当今的科技摄影集科学与技术于一身，二者的结合创造了奇迹般的作品。教师可结合参考资料中的“高速摄影与频闪摄影”，也可以自己搜集整理一些文字及图片资料，供学生阅读，使学生在探究科学世界的奥秘的同时欣赏到科学中蕴涵的美。

1．要做对这道题，学生首先要能看懂列车时刻表，会计算列车在两个车站之间运行的距离和所用的时间，然后再利用公式。这道题的目的是联系实际、贴近生活，在情感、态度和价值观方面向学生渗透：科学就在身边。

2.这里介绍了一种实用的估测速度的方法，可让学生尽量做一做。

3．尽量实际做一做，通过观察，为思考提供丰富具体的实际材料；激励学生重视实验，敢于发表自己的见解。

4.如果以航空母舰为参照物，鱼雷相对于航母的速度为140km／h。由公式变形，得，则鱼雷击中航母所需时间为

三、时间和长度的测量

目标

1．知识与技能

会使用适当的工具测量时间和长度。

知道测量有误差，误差和错误有区别。

2．过程与方法

体验通过日常经验或自然现象粗略估计时间和长度的方法。

3．情感、态度与价值观

认识计量时间和长度的工具及其发展变化的过程，培养对科学技术的热爱。

说明与建议

想想议议

课本图11．3－1介绍了几种测量时间的工具，教学中可引导学生说一说各种工具测量时间的方法，鼓励学生用科学的眼光认识周围的事物。

时间的测量

关于测量的知识操作性较强，建议教学中多做随堂活动。

活动建议：

（1）学习停表的使用方法。

（2）测量自己一分钟内脉搏跳动的次数，然后用脉搏近似估算一段时间。

（3）测量一个摆摆动一个来回所用的时间。怎样能测得更准确？

（4）自制口晷。

科学世界计时标准

用于扩展视野，让学生了解“秒”的准确定义。

长度的测量

长度的单位课本上介绍得比较多，让学生了解这些单位与主单位的数量级关系。

测量长度的工具中，直尺、卷尺在生活中很常见，要让学生了解它们的使用方法。对于卡尺和螺旋测微器，仅让学生了解它们也是测量长度的工具即可，不必要求了解使用方法。

活动建议：

（l）测量课本的长度、宽度和厚度。

（2）伸开手掌，从大拇指到中指指尖的距离，称为“一柞”。测一测自己的一柞有多少，并用它来估计一段长度，比如自己的身高。

（3）怎样能较正确地测量硬币的直径、一页纸的厚度、细铜丝的直径？

关于刻度尺的正确使用方法，安排在“动手动脑学物理”中学生总结归纳。

动手动脑学物理

l～3题可安排在课堂中进行。

1．探究的目的并不一定都要获取物理规律，仪表的使用方法也可以通过探究来掌握。

2．测出小铁块摆动若干次所用的时间，然后除以摆动次数，这样测量的结果更准确。对于后一个问题，可让学生通过不断尝试，认识到小铁块的摆动周期只与绳的长度有关。

3．略。

4．由于白天人们多处于站立姿势，自身的重量使得骨骼间缝隙变小，因此临睡前的身高要低于起床后的身高。

5．使用刻度尺常出现的错误有：刻度尺没有贴近被测物体；刻度尺没有放正；读数时视线与尺面不垂直等。

四、力的作用效果

目标

1．知识与技能

知道力的概念和力的单位。

知道力的三要素，能用示意图表示力。

2．过程与方法

通过活动和生活经验感受力的作用效果。

了解物体间力的作用是相互的，并能解释有关现象。

说明与建议

力的作用效果

力改变物体的运动状态以及改变物体形状的现象很普遍，学生接受起来并不困难。教材通过探究活动入手，以学生熟悉的体育运动项目为基础，通过学生讨论得出结论。

想想做做

在做活动1和活动2时，老师要引导学生思考：根据前面所学的知识，运动是宇宙中的普遍现象，物体的运动和静止是相对的，静止是一种特殊的运动状态。因此，无论物体是从静止到运动，还是运动速度或者方向发生变化，都可以认为是物体的运动状态发生了变化。由此得出结论：力可以改变物体的运动状态。

关于力的单位，教师可直接说明国际上力的通用单位是牛顿，简称牛，让学生记住。并通过举例使学生对1N的大小形成具体的概念。除课本中的例子外，还可以补充一些常见的例子，例如：托起两个鸡蛋所用的力大约为1N；成年男子右手的握力大约是700N；一个质量是40kg的同学对地面的压力大约是400N等等。

力的大小、方向、作用点

力的三要素是从影响力的作用效果的因素引出的。关于力的作用点不同会影响力的作用效果，除了“想想做做”中的例子外，还可以通过类似下面的例子来说明：用扳手拧螺母的时候，手握在把的末端比握在把的中间更省力。

在物理学习中，我们常常把有关的现象和过程用图来表现。例如光学中的光路图，电学中的电路图等。通过这些图可以简单直观地表现有关的内容，因此要让学生重视图的作用，在教学中要注意培养学生的识图和画图技能。要明确画力的示意图的要领：确定受力物体、力的作用点和力的方向，从力的作用点沿力的方向画力的作用线，用箭头表示力的方向。力的作用点可用线段的起点，也可用终点来表示。表示力的方向的箭头，必须画在线段的末端。

探究力的作用是相互的

第一个活动可安排在课堂上进行。对于第二个活动，还可举出类似的情形，如冰场上一个静止的人推另一个人时，两个人会向相反的方向运动。这也说明一个物体们另一个物体施加作用力时，也受到另一个物体的作用力，即力的作用是相互的。

动手动脑学物理

1．力的大小和方向影响力的作用效果，这样的例子很多，不再列举。关于“力的作用效果与力的作用点有关系”的例子，如：用扳手拧螺丝时，作用点越靠近扳手的末端就越省力等。

2．略。

3．略。

4．如果把磁铁放在桌面上，由于摩擦力的原因，很难观察到铁钉吸引磁铁的效果。应尽量减少摩擦力的影响，例如可以将磁铁悬挂起来，然后用铁钉靠近磁铁。

5．略。

五、物体的惯性

目标

1．知识与技能知道牛顿第一定律的内容。

知道惯性的概念。

知道二力平衡。

2．过程与方法

通过活动体验任何物体都具有惯性。

探究摩擦力对物体运动的影响。

3．情感、态度与价值观

通过活动和阅读感受科学就在身边。

说明与建议

运动的物体最终会静止下来，这是生活中常见的现象。对同一种现象，亚里士多德和咖利略给出了截然不同的解释。到底哪个说法正确，仅仅靠思辨不能回答，必须通过实验。在这里可以向学生渗透实验的重要性。

探究摩擦力对物体运动的影响

做课本图11．5－3的探究活动，使学生认识物体受到的阻力越小，速度改变越慢。每次实验前向学生交代清楚实验的条件和做法：三种粗糙程度不同的表面；每次实验用的是同一个小车，让它从斜面的同一高度上滑下，以保持小车在三种表面上开始运动时的速度相同。使学生知道实验中的哪些条件保持不变，变化的是什么条件。渗透研究方法。同时提醒学生注意观察三种情况下小车运动变化的情况和变化的条件，分析引起变化的原因。使学生明确实验目的，动脑筋思考问题。根据实验观察的结果，小车受到的阻力越小，它运动得越远，引导学生推理：如果小车不受任何阻力，它的速度将保持不变，永远运动下去。

介绍伽利略的推理方法和得出的结论。突出他的理想化实验和推理方法，理想化实验虽然不能实现，但都是有可靠的事实基础的，因而推理是合理的。可以介绍笛卡儿对伽利略推理结论的补充；物体如果不受力，运动方向也不会改变。

牛顿第一定律

学生对牛顿第一定律的文字表述比较陌生，常不能很好地理解定律的含义，主要是对“将保持静止状态或匀速直线运动状态”这句话的含义不清楚。教师应加以解释，使学生明白：物体不受力时，原来静止的物体将永远保持静止状态；原来运动的物体将永远做匀速直线运动，速度的大小和方向都不改变。

讲完牛顿第一定律后，可简要说明定律的重要性，它是研究物体运动规律的三大定律之一，有重要的实际应用；它说明了物体的运动不需要靠力来维持，纠正了人们认为力是维持运动的原因的错误认识，使人的认识由直观的感觉上升到科学的理性。

讲述伽利略的推理时，要强调他是在分析大量事实的基础上进行合乎逻辑的科学推理的，不是凭空想象。即使这样，由推理得出的结论也必须经过实践的检查。注意对学生进行科学态度和科学方法的教育。

想想做做

让学生自己动手做做这两个小实验，可以为下面具体讲解惯性作好铺垫。前者表现运动物体的惯性，后者表现静止物体的惯性。此外还可以补充其他有趣的惯性实验。

科学世界汽车安全带

安全带是汽车和飞机等快速交通工具上用来防止和减小意外伤害的设施。学生通过阅读可了解其工作原理。应鼓励学生阅读其他课外资料，了解汽车上还有哪些保护措施与惯性有关，以拓宽视野。

惯性

生活中的惯性现象很多。课本中详细分析了汽车中的惯性现象。在讲明白这个例子的基础上，还可以联系其他的例子，说明惯性的利用和不利的情况。

二力平衡

可以先举静止和做匀速直线运动的物体的例子，让学生分析它们受到的力。通过这些例子使学生认识物体在受到几个力作用时，也可以保持静止或匀速直线运动状态。然后给出力的平衡的概念。指出这时作用在物体上的各个力改变物体运动状态的效果互相平衡，或者说几个力互相平衡。

物体受两个力作用保持平衡的情况最简单，所以先来研究这种简单的问题。应使学生认识物体受两个力作用时并不总能保持静止或匀速直线运动状态，可举出例子来说明。由此引出研究二力平衡的条件。

探究二力平衡的条件

提醒学生注意观察作用在木块上的两个拉力在什么条件下互相平衡。实验之后，引导学生根据观察结果自己得出结论。学生开始得出的结论可能不完整，例如首先注意的是两个力大小相等，而未注意方向是在同一直线上，逐渐引导学生补充完善。

动手动脑学物理

1．利用惯性，运动员起跳后还要保持原来的速度继续前进，以增大跳远的距离。

2．例如：用力拍打衣服，可以把衣服上的尘土拍掉；停止蹬自行车后，车还能向前运动一段距离；用铁锹往车上装上时，土会沿着铁锹运动的方向抛到车上。

3．汽车受到两对平衡力的作用。在竖直方向汽车受到重力和地面的支持力。由于汽车在竖直方向上没有运动，因此这两个力是一对平衡力。在水平方向上受到牵引力和地面的摩擦力。由于汽车在水平方向上做匀速直线运动，因此这两个力也是平衡力。

参考资料

高速摄影与频闪摄影

人们称摄影为瞬间艺术，但只有当高速摄影出现后，才有了真正意义上的瞬间摄影。普通闪光灯持续发光时间可达到1／20000S，这对于拍摄体育运动等素材是够用了。然而子弹飞行时的速度少说也有数百米每秒，要想抓拍子弹运动的瞬间，曝光时间要用百万分之一秒的数量级。后来人们开始使用激光光源以达到在更短时间中发出更强烈的照明，才能清楚地将它的影像凝固在底片上。

高速摄影有广泛的用途。例如，在汽车的快速碰撞试验的研究中，人们先把碰撞的过程拍摄成电影，然后以很慢的速度放映，以便观察在碰撞期间车身如何变形，从而发现薄弱的部位。又如，某些昆虫具有令人惊叹的飞行技巧，如在急速飞行过程中急剧减速、悬空停住、以不超过其身长的半径转弯等。借助高速摄影技术，可以对它们运动过程中的振翅情况进行研究。

高速摄影甚至在绘画艺术中也发挥了作用。以前谁也没有清楚地见过奔马的四只蹄子到底是如何摆动的，以至于画家们一直凭借主观感觉去画奔马。借助高速摄影技术，人们对此才有了正确的认识。

闪光颗闪摄影是借助于电子闪光灯的连续闪光，在一张底片上记录运动物体的连续运动过程的摄影技术。频闪摄影的关键器材是电子颇闪灯。当电子频闪灯充足电后，就可以像连发手枪一样，一次紧接一次地频繁闪光。闪光频率越高，底片曝光次数越多，在照片上出现的影像也越多。高频电子颇闪灯的闪光频率（每秒钟的闪光次数）可达上百次。

用电子颇闪灯拍摄频闪照片应选择一个黑色的背景，被摄者距离背景尽可能远些，以避免频闪光照亮背景，或在画面中出现影子，从而影响主体的效果。如果主体距离背景比较近，最好使闪光灯与被摄动体形成侧光和侧逆光的照射角度，被摄动体也最好有明显的轮廓线条，从而防止影像与背景的色调混杂。相机与被摄者的距离要近一些，这是因为设定频闪后，闪光指数会下降很多。

参照物

参照物也叫参考物，在高中、大学物理课本中常称之为参照系或参考系，它是为了确定物体的位置和描述物体的运动而选作标准的一个物体或一组相对位置不改变的物体。参照物是可以任意选取的。从运动学的观点来看，所有的参照物都是等效的，无优劣可言。但是，一个物体确定的运动，对不同的参照物可表现为不同的运动。例如，在匀速直线运动的火车中的自由落体，相对于车厢做直线运动，相对于地面做抛体运动。所以，选择合适的参照物可以简化对物体运动的描述，便于研究运动的规律。在研究地面上物体的运动时，人们通常都选地面或相对于地面静止的物体作参照物。

在大学课本和物理专著中常看到“惯性参考系”和“非惯性参考系”的物理名词，惯性定律成立的参考系叫惯性参考系。相对于惯性参考系做匀速直线运动的参考系都是惯性参考系。地球可以看作一个不很精确的惯性参考系。相对于惯性参考系做变速运动的参考系叫非惯性参考系，牛顿第一定律、第二定律在非惯性参考系中不成立。

为了定量地描述物体相对于参照物的运动，必须在参照物上建立坐标系，运动物体上的每一个点相对于参照物的位置，都可以用该点的三个坐标单值地确定。在力学中常用的坐标系有直角坐标系、柱坐标系和球坐标系。

飞机的空中加油

飞机的空中加油技术起源于20世纪。1923年4月，美国陆军曾用两架小型飞机作试验，在飞行中靠人工用手抓住导管进行世界上第一次空中对接加油。现代的飞机空中加油常常是借助于空中加油机在8000m以上的高空，即同温层（或叫平流层）进行的。在这个空域中大气温度基本上不随高度的变化而变化，气流很平稳，现代大型飞机和先进的加油机最佳飞行高度在一万米上下。

实施空中加油通常分为四个阶段：首先是会合，必须保证受油飞机和加油机不发生相撞，受油机从加油机下方进入，先在加油机锥管5m以外3m以下作加油前编队飞行；然后，再以比加油机快0．6m／s～2.5m／s的速度慢慢地将受油管插入锥管中；第三是加油，最重要的是保持两机的高度、速度、航向、倾角等相对位置的协调一致，双方都小心翼翼地操纵着各自的飞机；加油完毕，受油机缓缓减速，退出加油插头，双机脱离。

第十二章　力和机械

全章概述和课时要求

1．通过常见事例或实验，了解重力、弹力和摩擦力。认识力的作用效果。会测量力的大小。

2．通过实验探究，学会使用简单机械改变力的大小和方向。

全章概述

这一章是在前一章学过的力的一般知识的基础上，利用这些知识来研究最常见的力——重力、弹力和摩擦力，以及杠杆和其他一些简单机械。

力是一个比较抽象的概念。通过本章的学习，学生应理解力的初步概念，认识力的三要素，理解重力、弹力、摩擦力产生的条件和特性，这些知识是物理学中的基本知识，是学习力学知识的基础。

简单机械在生产和生活中有广泛的应用。通过本章的学习，学生应知道利用简单机械改变力的大小和方向。简单机械既可以单独使用，也常出现在复杂的机器中。简单机械的知识，是理解复杂机械的基础，初中阶段学好这部分知识具有实际意义。

本章的知识跟生活和生产有密切联系，学生也有这方面的感性认识，教学中要注重训练以实验为手段，探索自然奥秘的科学方法，注意联系实际把知识讲活，要多举实例，让学生分析。可以结合所学的知识进行小实验、小制作、小发明，培养他们运用知识的能力，发展他们的创造精神。

课时建议

本章共分五节，建议8课时。

第一节重力 1课时

第二节弹力 1课时

第三节摩擦力 1课时

第四节杠杆 2课时

第五节其他简单机械 2课时

复习和总结 1课时

一、重力

目标

1．知识与技能

知道重力是如何产生的。

知道重力的大小和方向。

知道重心的概念。

2．过程与方法

通过观察和实验，感知重力的存在。

通过探究，了解重力与质量的关系。

说明与建议

重力是一种最常见的力，人类生活在地球上，时时刻刻都受到重力的作用。可以通过蹦极、瀑布、苹果落地等现象引入新课。

想想做做

做课本图12．1-1的实验，让学生联想：橡皮绕手做圆周运动时，需要用线拉住，也就是说，橡皮绕手做圆周运动时，需要一个力把它拉住才不会跑掉。天上的月亮绕地球转动而不会抛掉，是不是也有一个力把它拉住呢？答案是肯定的。

地球和月亮之间存在相互吸引的力，这个力跟地球吸引地面的物体使物体下落的力是同一种力，也就是万有引力。这里可以向学生们讲述牛顿发现万有引力的故事。

需要强调的是：地面附近物体受到的地球引力，叫做重力。

想想做做

这里可以让学生列举出他们在日常生活中观察到的物体受到重力的种种现象，加深学生对重力的理解，又可培养学生观察思考的习惯。

重力的大小

通常把重力的大小叫做重量。在日常生活和贸易中，质量习惯称为重量，这里应当向学生说明重量和质量的区别。

探究重力的大小跟什么因素有关？

物体所受重力的大小跟质量的关系教材中是通过探究得出的，要注意引导学生做好这个探究，一定要让学生自己独立去做，通过实验自己总结出规律，并让他们书面或口头表述自己的观点。通过这个实验探究，要让学生学会使用弹簧测力计，为后续学习作准备。

探究结束后教师给出结论：物体所受的重力跟它的质量成正比。重力大小与质量的比值大约是9．8N/kg。在此基础上写出关系式G／m＝g

变形后得出公式G=mg。

g的数值在各地略有不同，为计算方便，在粗略计算时可以取g=10N/kg，并让学生记住。

重力的方向

可让学生通过观察认识物体自由下落的方向、悬挂物体的线自由下垂的方向就是重力的方向。人们把这个方向叫做竖直方向，所以重力的方向是竖直向下的。

为了让学生了解重垂线在建筑中的作用，课后可以让学生利用重垂线校准墙壁是否竖直（看重垂线是否与墙壁平行），窗台、桌面是否水平（看重垂线是否与窗台、桌面垂直），通过实践培养学生运用知识解决实际问题的习惯和能力。

想想做做

通过讨论这个问题，让学生了解重力的方向指向地心。从地球外面看，几个苹果下落的方向显然不同，但是它们都指向他心。通常把指向地心的方向叫做“向下”，背离地心的方向叫做“向上”。

重心

告诉学生，地球吸引物体的每一部分。但是，物体受到的重力可以看成集中在一个点上，这个点叫做物体的重心。再向学生说明物体的重心位置跟物体的形状、材料是否均匀有关。对于材料均匀形状规则的物体，重心就是这一物体的几何中心。如粗细均匀的木棒的重心在棒的中点，均匀圆盘的重心在它的圆心，均匀球体的重心在它的球心等。

想想议议

不倒翁不倒的原因是它的重心较低，并且重力的作用使它回复到原来的位置。可以让学生自己做个不倒翁，对其原理不必深究，只要明白不倒翁的重心很低就行了。

走钢丝演员的重心必须落在钢丝上才不会倾倒，手中握有一根长杆是为了调整重心的方便（具体原理学过杠杆以后就会明白）。

有关重心的问题还可以让学生多做一些活动，以提高兴趣。例如让学生靠墙站立（图12－1），一只脚紧挨着墙壁，看看能否抬起离墙壁较远的另一只脚。学生正坐在座位上，如果不弯腰或用手扶，看看能否站立起来等等。

科学世界

这部分内容可以让学生课外阅读，不必占用课上时间。有关航天的知识，学生大多非常感兴趣，这里要让学生明白天上的物体跟地面上的物体一样，都受到万有引力的作用。

1．根据公式G=mg，可得m=G／g=30／10=3kg。

2．宇航员在地球上的重量为G地=mg=90×10=900N，在月球上的重量为G月=1／6G地=1／6×900N=150N。

3．利用直角三角尺，看重垂线是否与地面或桌面垂直。

二、弹力

目标

1．知识与技能

知道什么是弹力，弹力产生的条件。

能正确使用弹力测力计。

知道形变越大，弹力越大。

2.过程与方法

通过观察和实验了解弹簧测力计的结构。

通过自制弹簧测力计以及弹簧测力计的使用，掌握弹簧测力计的使用方法。

说明与建议

弹力也是一种很常见的力，日常生活中应用弹力的地方很多，射箭、跳板跳水、撑杆跳高等等都要利用弹力。可先让学生再举出一些弹力的例子，给出弹力的定义。这里要强调的是：任何物体只要发生形变就一定会产生弹力。同时可以指出，日常生活中经常遇到的支持物的压力、绳的拉力等，其实质都是弹力。

探究弹簧测力计的制作和使用

在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，它的伸长就越长。利用这个原理，参照课本让学生自己制作一个测力计（没有弹簧可用橡皮筋代替），用测力计测出文具盒、课本等物体的重量。让学生自己归纳出使用弹簧测力计的方法和注意事项，教师可作适当的指导，指出市场上的许多秤就是根据这个道理制成的。

动手动脑学物理

1．让学生根据课本图122－4找一个大玻璃瓶试验一下。

2．略。

3．略。

4．略。

三、摩擦力

目标

1．知识与技能

知道摩擦力是如何产生的。

知道摩擦力的大小跟什么因素有关。

知道摩擦的利与弊。

2．过程与方法

通过观察和实验，感知摩擦力的存在。

通过实验，探究摩擦力跟物体表面受到的压力以及接触面的粗糙程度的关系。

说明与建议

对摩擦现象，学生们有丰富的感性认识。可从日常生活中常见的摩擦现象引入新课。例如可先向学生提问：自行车在水平道路上滑行时，无论路面多么光滑，总会慢慢停下来，为什么？（回答：受到地面的摩擦力。）通过讨论使学生认识，相互接触的两个物体，当它们做相对运动时，接触面间就产生摩擦力阻碍相对运动。这里不要解释动摩擦和静摩擦的问题。

探究摩擦力的大小与什么因素有关？

摩擦现象学生比较熟悉，要先引导学生对摩擦与哪些因素有关做出猜想，然后让学生按照课本提示，独立完成实验，包括自己设计实验，自己设计表格记录实验数据，自己得出实验结论等等。教师只需提供必要的实验设备即可。实验结束后，在课堂上讨论各自的实验结果，教师在最后给出结论：摩擦力的大小跟作用在物体表面的压力有关，表面受到的压力越大，摩擦力就越大；摩擦力的大小还跟接触面的粗糙程度有关，接触面越粗糙，摩擦力越大。

科学世界摩擦与我们

摩擦与我们息息相关。可以先问学生：有摩擦好不好？回答可能有两种：“摩擦不好”，“摩擦有时好，有时不好。”让学生举例说明。教师总结，指出有时摩擦是有益的，有时是有害的。应该研究增大摩擦和减小摩擦的方法。然后让学生阅读这段课文。读完课文后，通过讨论先得出增大摩擦的方法并举出实例；再得出减小摩擦的方法并举出实例。对利用滚动减小摩擦，可以让学生自己动手做一做图12－2所示的实验，亲自感受一下利用滚动可以减小摩擦。对加润滑油减小摩擦，学生比较熟悉。但对利用气垫减小摩擦，学生不熟悉，教师可适当做些说明。学校里如果有气垫导轨，演示给学生看看就更具体直观。

动手动脑学物理

1．自行车刹车时，用力越大，刹车皮受到的压力就越大，车轮受到的摩擦力也就越大，所以就停得快。

2．自行车锁受到雨淋后，锁孔可能生锈了，锁内转动部件之间的摩擦力增加，锁就不好用了，往锁孔内加一些润滑油使摩擦力减小，锁就会好用了。

3．自行车的轮胎、刹车皮利用橡胶是为了增大摩擦；轮轴、飞轮、脚墩子以及车把上都安装了滚动轴承以减小摩擦。

4．略。

四、杠杆

目标

1．知识与技能

认识杠杆。

知道杠杆的一些应用。

2．过程与方法

通过观察和实验，了解杠杆的结构。

通过探究，了解杠杆的平衡条件。

3．情感、态度与价值观

通过了解杠杆的应用，进一步认识物理是有用的，提高学习物理的兴趣。

说明与建议

杠杆

杠杆是最重要的一种简单机械，它也是滑轮、轮轴等其他一些简单机械的基础。

可先让学生阅读课文引言，引起学习杠杆的兴趣。然后列举一些生活中常见的杠杆，如撬棒、跷跷板、抽水机等。抽象出杠杆的特征，使学生对杠杆有初步的认识。

在黑板上画出撬棒撬石头的图，结合图讲述什么是杠杆的支点；找出作用在撬棒上的动力（人的作用力）和动力作用点，阻力（石头的压力）和阻力作用点；再讲述什么是力臂和怎样确定力臂。然后引导学生共同寻找课本图12．4－4乙和丙中的动力、动力作用点、阻力、阻力作用点和支点，画出动力臂和阻力臂。点到线的距离，学生在数学课中已学过，可以先让学生回忆数学课中的知识，而后讲力臂概念，但很多学生尽管能正确说出定义而遇到实际问题时仍把支点到动力或阻力作用点的距离作为力臂。对于上述学生易犯的错误，需要在后续的学习和练习中多次强调和纠正，才能解决。在本节课开始介绍这些概念时，强调一下就可以了。

在利用课本图13－2的三个例子抽象杠杆特征时，最好是对图中每个例子画出杠杆示意图，即用一条直线、折线或曲线代表杠杆实物，用一个点（或一个小三角形的顶点）代表转动轴，这样的示意图，有利于抽象出共同特征，培养学生的抽象能力。有适当的挂图、投影片的学校应充分发挥它们的效能。

探究杠杆的平衡条件

通常杠杆是在平衡或非常接近平衡的情况下使用的。当杠杆在动力和阻力作用下静止时，我们就说杠杆平衡了。通过推门比赛（图12－3，一个大力士在离门轴很近的地方推门，而一个力气较小的人在门把附近往相反方向推门，让学生判断谁将获胜。）或其他一些活动，也可以通过课本图12．4－4的实例，引导学生提出问题：为什么大力士会推不过力气较小的人呢？怎样才能用更小的力撬起大石头呢？等等。也就是说，杠杆平衡时，动力、动力臂与阻力、阻力臂之间有什么关系呢？

然后让学生提出各种假设、猜想，按照课本提示，独立完成探究过程。应向学生介绍清楚，实验中哪个是动力、哪个是阻力，是人为规定的，可按课本图12．4－5规定的进行。

实验结束后，在课堂上讨论各自的实验结果，教师在最后给出杠杆的平衡条件

动力×动力臂=阻力×阻力臂或写作F1l1=F2l2

探究结束后，可以组织学生讨论：如何利用“动力×动力臂=阻力×阻力臂”这一结论，解释“为什么大力士会推不过力气较小的人”；解决“怎样才能用更小的力撬起大石头”的问题。

为了加深对力臂的理解，可让学生做下面的实验。如图12－4所示，沿a、b两个不同方向用力拉弹簧测力计，使杠杆平衡。观察两次的拉力是否相同，想一想，为什么？

科学世界杠杆的应用

这一段主要介绍杠杆的应用。可以在课堂上给学生介绍一下杠杆的分类，明确三种杠杆的特点，并结合实例说明它们的优缺点，让学生了解杠杆的各种用途。

日常生活中应用杠杆的例子很多，可在课后让学生找出一两件实物（如垃圾桶、指甲钳、筷子等），分析它们的工作原理。使学生加深对杠杆的理解。

科学世界小小弹簧称出大象重

这段材料的目的是进行“情感、态度与价值观”教育，让学生进一步认识科学是有用的，可让学生自己阅读。课后可以组织学生进行“利用测力计和细杆称西瓜”之类的活动。

动手动脑学物理

1．自行车的脚踏板在水平位置时，动力臂最大，这时用力效果最好。

2．要用较大的力才能剪开硬的物体，这说明阻力较大。要用课本图12．4－9中间的这种动力臂较长、阻力臂较短的剪刀。

用较小的力就能剪开纸或布之类较软的物体，这说明阻力较小，同时为了加快剪切速度，刀口要比较长。可使用图12．4－9左边的这两种动力臂较短、阻力臂较长的剪刀。

修剪树枝时，一方面树枝较硬，这就要求剪刀的动力臂要长、阻力臂要短；另一方面，为了加快修剪速度，剪切整齐，要求剪刀刀口要长。这就要用图124－9右边这种动力臂较长、阻力臂较短，同时刀口较长的剪刀。

3．略。

4．指甲剪上有三个杠杆。手把部分是一个省力杠杆，刀口部分是两个费力杠杆。

五、其他简单机械

目标

1．知识与技能

认识定滑轮和动滑轮。

知道简单机械的一些应用。

知道轮轴和斜面也能省力。

2.过程与方法

通过观察和实验，了解定滑轮和动滑轮的结构。

通过探究，了解定滑轮和动滑轮的特点。

3．情感、态度与价值观

通过了解简单机械的应用，初步认识科学技术对人类社会发展的作用。

说明与建议

除了杠杆之外，滑轮、轮轴、斜面等也都是常用的简单机械。

教学一开始，可让学生观察并说明（教师给予补充）课本图12．5－1中的科学漫画。图中的滑轮是定滑轮。左图说的是一个瘦子，看到一个胖子正在用定滑轮把重物拉上楼去；中图表示胖子让瘦子替自己拉着重物，自己上楼去取重物；右图表示胖子到了楼上，看到瘦于没有拉住重物，反而被重物技上了楼。这个故事是讽刺一个不懂得定滑轮作用的人在使用定滑轮时闹出的笑话。它可以激发学生的好奇心，想知道定滑轮到底有什么作用？带着这样的兴趣开始学习滑轮。

定滑轮和动滑轮

如果学校的旗杆上有定滑轮，可先让学生观察旗杆上的定滑轮，让他们讨论定滑轮的用处。

可先向学生演示定滑轮和动滑轮的作用。要把重物提到高处，可以使用固定在高处的定滑轮，也可以用随同重物一起上升的动滑轮。引导学生提出问题：使用这两种滑轮能给我们带来什么好处呢？

探究比较定滑轮和动滑轮的特点

按照课本上列出的步骤让学生独立完成探究实验。

探究定滑轮的作用时，可按照课本图12．5－2（甲）那样，先用弹簧测力计直接把钩码提起来，再用定滑轮把钩码提起来，在误差范围内弹簧测力计的两次示数可以看作是相等的。这个实验的主要误差是弹簧测力计弹簧本身重量引起的。这一实验减小误差的办法是尽可能选用重的钩码（当然不能超出弹簧测力计的称量限度），使弹簧测力计本身受到的重力的影响相对减小。

探究动滑轮的作用时，可按照课本图12．5－2（乙）那样，通过动滑轮把钩码提起来。这里要注意的是：跨过动滑轮的两段绳子一定要平行（初中不要涉及两段绳不平行的情况）。当钩码重远大于动滑轮重时，动滑轮重才可忽略不计。因此实验时，钩码应尽量重些（不能超过弹簧测力计的称量限度）。

探究结束后，让学生在课堂上讨论探究结果，最后得出结论：使用定滑轮不省力，但是能改变力的方向；使用动滑轮能省一半的力。

需要改变力的方向时，使用定滑轮，而需要省力时就要使用动滑轮。既要省力、又要改变力的方向时，就要用到滑轮组，滑轮组问题可做适当介绍，但不要深究。

想想议议

这里让学生对学过的杠杆、滑轮知识做简单的复习总结。使用简单机械是否省距离的问题，也可作适当的讨论，为后面学习功的问题留下伏笔。

科学世界轮轴和斜面

轮铀和斜面也是常用的简单机械，教师可在课堂上作一些简单的介绍。螺丝钉和盘山公路是简单斜面的变形，课本图12．5－7的小制作非常简单，可让学生们都做一做，所用的纸厚一些，效果会更好。

动手动脑学物理

1．螺丝部分相当于轮，手把部分相当于轴。

2．自行车的刹车、车把、脚墩子和飞轮等都是简单机械。

3．斜面的坡度越小，省力越多。找一块木板，用书把木板的一端垫高，木板就构成了一个斜面。把一个木块放在斜面底端，用测力计沿斜面拉木块，使木块匀速运动，读出这时的拉力。用书把斜面加高，重新测出拉木块所需的拉力，就会发现，斜面越陡所需拉力就越大。

4．略。

5．略。

我还想知道

这里可以根据课本提示，让学生提出一些相关的问题，不一定要有答案。

参考资料　　

你身上的杠杆

在人体生理卫生课上已经学过，人身上有206块骨，其中有许多起着杠杆作用，当然这些起杠杆作用的骨不可能自动地绕支点转动，必须受到动力的作用，这种动力来自附着在它上面的肌肉。

肌肉靠坚韧的肌腱附着在骨上。例如肱二头肌上端肌腱附着在肩胛骨上，下端肌腱附着在桡骨上（图12－8），肱三头肌上端有肌腱分别附着在肩胛骨和肱骨上，下端附着在尺骨上。

人前臂的动作最容易看清是个杠杆了，它的支点在肘关节。当肱二头肌收缩、肱三头肌松弛时，前臂向上转，引起曲肘动作；而当肱三头肌收缩、肱二头肌松弛时，前臂向下转，引起伸肘动作。从图12－8很容易看出，前臂是个费力杠杆，但是肱二头肌只要缩短一点就可以使手移动相当大的距离。可见，费了力，但省了距离。

图12－9是跑动时腿部肌肉示意图，为了画面简单容易看清，右腿没有画出臀大肌、股四头肌，左腿没有画出骼腰肌、股二头肌。当右腿向前跨步时，是右腿的骼腰肌收缩、臀大肌松弛，使右大腿抬起；股四头肌松弛，股二头肌收缩，使右膝弯曲。这时候，左腿由于它的骼腰肌松弛，臀大肌收缩，股四头肌收缩，股二头肌松弛，而伸直。

我国古代的简单机械

我国古代的农业、手工业、建筑业和运输业是比较发达的，因此简单机械的成就也是辉煌的，杠杆、斜面、辘轳等的应用非常广泛。

对于杠杆，在《墨经》中科学地叙述了其平衡原理，“相衡，则本短标长”。这里的“本”是指靠近支点一边的杆，“标”是指靠近重锤一边的杆。如果两边平衡，杠杆一定是水平的，被测重物一边杆短，重锤一边杆长。又说：两加焉，重相若，则标必下，标得权也”。这就是说杠杆平衡后，两边加相等的重物，平衡会破坏，标这一边必然下降，这叫做“标得权”。从以上论述可以看出，墨家用确切的语言阐述了不等臂杠杆的科学原理。

斜面的记述和应用也是《墨经》中首先记载的，古时把斜面称为“梯”。叙述了放在梯上的物体不能水平和垂直放置，说明放在斜面上的物体要向下滑动。同时墨家还设计了“车梯”，利用它来提高重物可以节省人力。车梯的构造也很巧妙，它是一种装有滑轮的前低后高的斜面车。虽然当时没有提出利用斜面可以省力的道理，但省力的思想是包含在其中的。到了汉代，王充对斜面做了进一步的叙述，大意是说载重之车在斜面上必须有强力拉或推，才能向上运动，如果失去拉力或推力，车就会向下运动。尖劈的运用在春秋战国以前就开始了，古人知道用它可以使小力发挥大力的作用，且两面的夹角愈小，发挥力的作用愈大。尖劈在我国的发展经过了漫长的岁月，从古猿人打猎用的石头尖劈，经长期的改进，发展到今天各式各样的金属尖劈，被广泛应用在生产工具、兵器和日常生活中。

辘轳的制造和应用，在古代是和农业的发展紧密结合的，它广泛地应用在农业灌溉上。我国在公元前1100年以前就发明了辘轳，根据《物原》记载：“史佚始作辘轳”。史佚是周代初期的史官。辘轳的应用在我国时间较长，虽经改进，但大体保持了原形，说明在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳。解放前在我国的北方缺水地区，仍在使用辘轳提水灌溉小片土地。现在一些地下水很深的山区，也还在使用辘轳从深井中提水，以供人们饮用。

何谓简单机械

简单机械是人类在生产劳动实践中创造的一些简单生产工具发展演变而来的。它除了包括课本中介绍的杠杆、轮轴、滑轮外，还包括斜面、劈、螺旋等。

起初人们应用简单机械，主要是为了获得机械利益，即在机械的帮助下用小的力来获得大的力。如果把施于机械上的驱动力称为输入力，把从机械获得的有用力称为输出力，则机械利益定义为输出力与输入力的比值。使用简单机械，除了改变力的大小，有时是为了改变作用力的方向或作用点的位置，有时则是为了增大位移。

简单机械工作时处于静止或低速运动状态，分析其工作原理时，可以应用力和力矩的平衡条件来求出输入力和输出力的关系式。此关系中包含有简单机械的几何参数，例如，杠杆支点到力的作用点的距离；滑轮半径；劈的楔角和斜面的倾角等。如根据这种关系式来改变简单机械的几何参数，就可以使小的（或大的）输入力与大的（或小的）输出力相平衡。

当简单机械工作时，可将它的运动分为平动和转动，对这两种不同形式的运动可用不同的方法来计算力所做的功。平动时用力的大小与力的作用点沿力作用线的方向所移动的距离的乘积来计算；转动时用力矩的大小与绕转轴所转动的转角的乘积来计算。在一般情况下，输入力做正功，输出力做负功。如果不考虑摩擦所消耗的功，当简单机械处于平衡状态时输入功与输出功的代数和为零，或输入功与输出功的大小相等。这说明简单机械虽可省力但不能省功。输入力小，其作用点移动距离大；输出力大，其作用点移动距离小。这就是机械功的原理。

简单机械虽然古老，但它在现代各种机械和仪器中仍然被广泛采用。许多复杂的机器都是由不同形式的简单机械组合而成的，因此可以说简单机械是现代机械的基础之一。

摩擦在汽车行驶中的作用

要弄明白摩擦力在汽车行驶中的作用，首先要对汽车的结构有个基本的了解。汽车的车头和车箱是通过四个车轮支承在路面上的，在车轮与路面的接触处存在着摩擦力，但前后轮的摩擦力所起的作用是不同的。发动机曲轴的转动通过纵轴、万向节和齿轮箱传递给后轮，它使后轮顺时针方向转动（图12－6）。如果后轮与路面间无摩擦力的话，就如同后轮被悬空托起，发动机只是空转而不产生前进的动力；如果后轮与路面间有摩擦力存在，由车轮着地点与路面间的相对运动趋势可知，摩擦力f是向前的，它对轮轴心产生逆时针方向的转矩，此转矩就是发动机的负载。所以所谓汽车的牵引力，实质就是路面对后轮的摩擦力，因此后轮是驱动轮。路面对前轮的摩擦力f'又起什么作用呢？由于前轮本身虽没有转矩，却还有轴承内部摩擦阻力矩。如果不存在摩擦力f'，则前轮只能跟着车箱向前沿行；正是因为有向后的摩擦力f'，才使前轮转动起来。f'虽然是前进的阻力，但它的大小是由轴承内部的阻力矩决定的，它的存在使前轮避免了拖滑式的磨损。尤其是当前轮碰到石子等障碍物时（图12－7），摩擦力f''将起着使车轮向上越过障碍物的作用。

汽车在正常行驶中，车轮与路面之间的摩擦是静摩擦，车轮的着地点相对地面的瞬时速度为零。但在刹车制动过程中，车轮轴被摩擦片紧紧地抱住而不能转动，汽车由于惯性而继续向前滑行，这时路面对前、后轮的摩擦力都将变成向后的阻力，有利于快速停车。

综上所述，无论是从汽车的正常行驶或快速制动的角度来看，路面对车轮的摩擦力都是有益的。

摩擦力产生的原因

摩擦力产生的原因，即摩擦力的本质是什么？早在15世纪初开始研究摩擦现象时，人们就在探索这个问题了。

摩擦力产生在两个接触表面之间。我们用肉眼看到的光滑固体表面，当用放大镜观察时，就会发现其表面是凸凹不平的，好像布满了高峰山谷一般。经过车床加工的金属表面，峰高可达5μm；再经过仔细研磨，峰高可以减至0.1μm。但这相对于原子尺度仍然是很大的。因此，当两个物体相互接触时，真正接触的只是物体表面的峰丘。在这些真正接触的区域内，两个接触表面的原子非常接近，原子之间具有非常强的相互作用力。在接触点以外的其他区域，两物体表面的原子之间的距离比较大，从几十纳米到几百纳米。这些原子之间的相互作用力比较弱，与真正接触区域相比可以忽略不计。而接触区域的面积之和要比物体表现面积小得多。

当两个接触面发生相对滑动的时候，势必要以剪切的方式破坏原来所有的接触点，使两个接触表面的凸起部分相碰撞而产生断裂、磨损，从而形成了对物体运动的阻障。平行于接触表面而使接触点破坏所需要的剪切力，就等于摩擦力。

两物体表面开始接触时是一种点接触。在法向正压力的作用下，这些接触点的负荷很大，会使相接触的凸起部分产生弹塑性形变，从而使接触面积增大。坚硬的材料使其产生这种形变比较困难，即产生等量的形变需要更大的负荷。所以，两个物体表面真正相接触的面积大小，与所施加的法向正压力成正比，与相接触材料的硬度成反比。

摩擦系数μ等于摩擦力f与法向正压力N的比值，即μ=f/N。摩擦系数μ同两个物体的表观接触面积和滑动速度等因素无关。实验结果证明，对于一般机械加工的表面，摩擦系数μ同物体的表面粗糙程度无关；对于很粗糙的表面，因接触面凸与凹部分交错啮合，会使摩擦系数μ增大；对于非常光滑的表面，尤其是特别清洁的表面，由于真正接触面积增大和接触点粘结强度提高，所以摩擦系数μ也会增大。表面超光洁，摩擦系数μ的值也越大，这同人们一般的常识不同。

物体的形变与弹力

弹力，又称弹性力。当物体受到外力作用而产生形变时，在物体内部即产生一种抗拒形变力图使物体恢复原来形状的力，这种力就叫做弹力。

弹力产生于直接接触的物体之间，并且以物体产生弹性形变为先决条件。所以，凡是相互接触而且发生弹性形变的物体之间都存在着弹力的相互作用。同时，由于产生形变，物体内部各部分之间也存在着弹力相互作用。

物体的形变是多种多样的，所以产生的弹力也以各种不同形式表现出来。我们平时所说的压力、支持力、拉力、推力、张力等等，这些名称是从力的作用效果而加以区分的，它们的实质都是由于物体发生形变而产生的，所以这些力实质上都是弹力。

当物体发生形变时，它的内部产生的弹力一般是不相等的。例如，在图12－5中，在外力F的作用下，绳索同物体一起以加速度a运动。设绳索中c点与d点之间的绳的质量为m，c、d两点处受到Bc段和dA段绳的作用发生形变而产生的张力为Tc和Td。根据牛顿第二定律得到Td－Tc=ma，即Td＝Tc＋ma。这个式子说明，绳索中的弹力（即张力）在各点是不相等的。在中学物理中，为了简化问题，认为绳索中各点张力大小都相等，这样考虑的条件是必须忽略绳索的质量，即m绳＝０。

在弹性限度内，弹力的大小跟形变成正比；达到平衡时，弹力大小等于引起形变的外力。弹力的方向就两个物体之间来说，总是踉引起形变的作用力的方向相反。两个坚硬物体之间由于拉伸或压缩形变产生的弹力，其方向垂直于接触面，并且与形变的趋向相反；绳索等柔软物体与其他物体之间由于拉伸形变而产生的弹力，其方向沿柔软物体本身，也和形变的趋向相反。

下面分析一下弹力产生的原因。在弹性限度内，物体受到外力作用发生形变时，物质的分子之间要发生相对位移，这时，分子间的引力与斥力的平衡状态被破坏。当对物体施加压力时，分子之间的距离变小，斥力较引力增加得快，分子之间斥力作用占优势，物体就表现出弹性压力；如果对物体施加拉力，就会增大分子之间的距离，此时引力比斥力增加得快，分子间引力作用占优势，物体就表现出弹性张力。当外力撤去后，正是这种引力或斥力作用，使物体恢复原来的形状。

质量和重力的测量

在物理学中，用天平称得的是物体的质量，用弹簧测力计称得的是物体所受的重力。用天平和弹簧测力计之所以能测出不同的物理量——质量与重力，这是由它们的结构与工作原理决定的。

我们使用的一般天平，是根据等臂杠杆的原理制成的。设天平的臂长为l，被测物体所受重力为G１；砝码所受重力为G２。根据杠杆平衡条件，当天平平衡时，我们得到

G１·l＝G２·l，即G１＝G２

所以，当天平平衡时，物体所受重力与砝码所受重力相等。由于天平的尺寸与地球相比较是很小的，可以认为被测物体和砝码均处于地球上的同一地点。设该处的重力加速度为小则有Gl＝m１g，G２＝m２g；由于Gl＝G２。所以m１g＝m２g，所以m１＝m２以上就是用天平称质量的原理。

这就是说，一个物体无论放在地球的任何地方，当用天平来称量时，物体的质量总是等于与它相平衡的砝码的质量。在其他天体上，用天平也可以称物体的质量。

物体所受的重力可以用弹簧测力计直接测出。由于弹簧测力计中弹簧的伸长与作用力大小成正比，所以我们从弹簧测力计刻度的指示数值就可以直接读出物体所受重力的大小。

质量和重力是两个不同的物理量。在地球的任何地点，一个物体的质量不会产生变化，把这个物体带到月球上，用天平称量时，其质量数值仍然等于在地球上所测得的数值。而物体所受的重力由于地球上不同地点的重力加速度的差异，在不同的地点会有不同的数值。由于月球的质量比地球的质量小，所以月球的引力比地球弱，月球上的重力加速度数值大约只有地球重力加速度数值的1／6，所以在月球上用弹簧测力计测得的重力也只是在地球上测得的数值的1／6。

第十三章　压强和浮力

全章概述和课时要求

1．通过实验探究，学习压强的概念。能用压强公式进行简单计算。知道增大和减小压强的方法。了解测量大气压强的方法。

2．通过实验探究，认识浮力。知道物体浮沉的条件。经历探究浮力大小的过程。知道阿基米德原理。

3．通过实验探究，初步了解流体的压强与流速的关系。

全章概述

本章学习压强和浮力的知识。内容包括：压强、液体的压强、大气压强、气体的压强与流速的关系、浮力。

本章力图体现课程标准的教育理念，突出以下特点：

1．强调学生是学习的主人，为了使学生的知识来源扎实，本章对压强、浮力的规律性知识的学习，尽量安排探究性的学习，主要安排了以下的探究活动：压力的作用效果跟什么因素有关？气体的压强跟流速的关系；浮力的大小等于什么？使学生获得关于压强、浮力的基本认识。

本章安排的探究性学习活动，具有实验操作方便、规律性强、结论容易获得的特点，适宜初中学生探究。学生通过进行自主研究，体验科学研究的过程，受到科学研究方法的教育；从收集的证据中，总结和归纳出规律性的知识，初步学习归纳的方法；从获得的成功中获得愉悦，为提高学习能力和自信心打基础。

与过去的教学大纲相比，课程标准对浮力的知识要求有所宽松。因此，本章对浮力内容的编写，与过去相比有比较大的改变，这是与课程标准的要求吻合的，跟学生的认识水平也是吻合的。

2．本教材的编写力求提高学生学习的兴趣。首先，注意从生活走向物理。从学生熟悉的生活现象引入教学内容，或回应教学内容，例如生活中常见的连通器、浮力现象、抽水机等。第二，注意从学生的认知能力出发，在现象的对比中发展学生的学习兴趣，例如比较小小的蝉的口器和庞大的骆驼产生的压强，期望学生在现象的对比中，提升对科学理念本质的认识，在对科学的理解中，获得和发展兴趣。第三，注意把现代科技材料展示给学生，使学生理解新闻事件和生活中的科学技术，满足学生强烈的求知欲望，体会物理知识是有用的，驱动学生学习的兴趣，并使学习兴趣得到发展。第四，在学生的学习中，尽量保护他们学习自信心，使学生在自信中获得对物理知识追求的愿望，例如通过探究方法得到阿基米德定律，等等。

3．强调实验的作用。物理学是一门以实验为基础的科学，它的基本研究方法之一是实验。本章一如既往，仍然突出实验在教学中的作用，尽量安排教师的演示实验和学生动手操作的实验活动，让学生在观察演示实验和自己亲身的实验中，经过观察、体验的过程，从中获得最直接的、生动的实验事实，为理解物理概念和规律打好基础。课本不仅对教师的演示实验提出要求，还提供了大量的照片图，还在想想做做、动手动脑学物理等栏目中，提供了大量的实践性的活动，期望学生在实践性学习活动——实验过程中，体会和感悟实验方法对物理学习的重要性，激发学习物理的兴趣。

4．密切联系社会生活的实际

把压强、浮力的知识跟社会生活实际紧密地结合，是这一章的另一个特点。物理学是有用的，表现在它的知识渗透在社会生活的许多方面，成为现代社会的重要支柱，对社会的发展和人们生活水平的提高起重要作用。教材体现了物理知识在现代社会生活中是十分必要的，它充满魅力，在社会生活中充满了活力。

物理学习的重要目的，是理解社会生活中的科学技术，应用物理知识解决实际问题。基于这样的考虑，这一章教材在补充传统课外作业的形式方面也做了一些努力，习题中尽量提供一些结合社会生活实际的题目，让学生在多种形式的学习活动中成长。

课时建议

本章共分五节，建议8课时。

第一节压强 l课时

第二节液体的压强 1课时

第三节大气压强 2课时

第四节气体压强与流速的关系 1课时

第五节 2课时复习和总结

说明与建议

章首图

本章的章首图是在空中排成阵列的飞机正在表演的情景。启发学生思考，飞机的飞行跟这一章的内容有什么关系？

阅读指导

阅读指导概要地介绍了本章的主要内容和展开的顺序，给学生一个循序渐进的学习线索。

一、压强

目标

1．知识与技能

了解压强的概念。理解什么是压力，什么是物体的受力面积。

理解压强的大小跟哪些因素有关。

了解压强公式中各个物理量的名称、单位及符号，知道压强单位的物理意义和由来。

了解压强的增大和减小的主要方法。

2．过程与方法

观察生活中各种跟压强有关的现象，了解对比是提高物理思维的基本方法。

探究压力的作用效果跟什么因素有关？经历探究的主要环节，通过探究实验，观察实验现象、采集的实验数据，获得对压强比较深入的了解，初步学习使用控制变量法。

解读课本图13．l－l、13．1－2，了解压强存在于社会生活的各个方面的广泛性。

解读课本图13．1－4、13．1－5、13．l－6的内容，了解改变压强的实际意义，了解改变压强大小的基本方法。

通过实际动手，实践如何改变压强。

3．情感态度与价值观

经历观察、实验以及探究等学习活动，培养学生等重客观事实、实事求是的科学态度。

通过亲身的体验和感悟，使学生获得对压强、浮力基本知识理解的感性认识，为深入理解和应用这些知识打基础。

通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣，提高学习的自信心。

感悟科学是人类创造发明的基础，激发学生的学习热情。

说明与建议

想想议议

本节教学可以从展示自然界的有关压强的现象开始，也可以从学生们讨论式学习开始。

生活、生产中有各种各样的跟压强有关的现象，让学生们收集相关的资料，无论图片、文字、实物都可以。由于学生参与实际的学习活动，学习兴趣会很高。通过对资料分析，挑选那些对比强烈的现象，不仅可以使学生获得感性认识，而且通过对比，更容易激发求知的欲望。课本上的蝉和骆驼2幅图片，可以丰富学生关于压强的感性认识，并形成鲜明的对比，激发学生对压强知识的求知欲。

这里可能需要让学生谈一谈蝉的口器对树皮的压力的作用效果，还要谈谈庞大的骆驼的体重作用在蹄子上，蹄子对沙漠松散沙子的作用效果，或者谈一些个人在生活中获得的相关感受。通过效果的对比，突出主题，激发学生进行探究活动的兴致，为深入教学引路。

探究压力的作用效果跟什么因素有关？

首先需要通过比较，了解什么是压力，强调压力一定要跟受力面垂直。然后通过探索，获得实验的实际数据和观察到的现象上的差异。要放手让学生自己去探究。

探究的最后应该适当地进行方法性的总结，以便培养思维的条理性。

猜一猜：通过实际数据的计算，通过了解两种情况下每平方厘米受力面积所受的压力的大小，具体理解观察到的实验现象——压痕的深浅跟什么有关。

压强

通过探究，学生已经获得一些压强的感性认识。知道压强是如何产生的，压强与哪些因素有关。理解什么是压力、压力跟重力的关系，即在什么情况下，压力的大小就是重力的大小。

了解压强公式中各个物理量的名称、单位及符号。了解压强的物理意义，压强的单位和由来。

例题意在练习压强公式的应用，加深理解压强。要理解什么是压力——垂直于受力面积的力，什么是受力面积——发生压力作用的面积。

怎样减小和增大压强

首先，了解任何物体都有承受压强的限度。通过实例，使学生知道这个知识的必要性，它跟实际需求密切相关。

想想议议

理解课本图13．1-4、13．1-5、13．l－6，并再列举一些事实，说明压强的增大和减小的示例，归纳改变压强的主要方法。

教学时，可以安排一些实践性的活动，例如一块砖，如何放置压强最大？如何放置，压强最小？砖如何放置，承受的压力最大？以加强对改变压强方法的应用和理解。

动手动脑学物理

1．学生想出办法的先测出鞋底的面积，让学生清楚地了解这个测量的目的是测量受力面积，获得一般非规则物体的接触面积的测量方法。

2．这是一道实践性练习题。可以在课上完成，让同学集思广益，互相启发，也可以在课下完成。

3．F＝G＝mg＝2×105N，S＝5m２

p＝F／S＝2×105N／2．5m２＝8×104Pa．

4．这是一道实践性练习题。让学生实际做一做，探究自己的假设是否成立。

二、液体的压强

目标

1．知识与技能

了解液体内部存在压强，以及液体内部压强的方向。

了解液体压强的大小跟什么因素有关。

认识液体压强的实际应用——连通器，了解生活和生产中形形色色的连通器。

2.过程与方法

通过对演示实验的观察，了解液体内部存在压强的事实，知道液体内部不同深度处压强的大小和方向。

体验和感悟游泳时身体受到水产生的压强。

3．情感、态度与价值观

在观察实验过程中，培养学生的科学态度。

密切联系实际，提高科学技术应用于日常生活和社会的意识。

鼓励学生积极参与探究活动。

说明与建议

课本图13．2－1是一幅潜水艇的外形图，图注指出它是用厚钢板制成，意在引起学生的思考：为什么钢铁块放在水中一定沉入水底，而轮船却可以浮在水面航行？为什么潜水艇既可以浮在水面，又可以沉入水下？

想想议议

从生活中的现象入手，引起思考：

1．带鱼生活在深海中，为什么我们没有见过活带鱼？

2．潜水艇为什么要用抗压能力很强的厚钢板制作？水下的压力大吗？

液体压强的特点

课本图13．2－2的实验现象应给学生演示一下，使学生对液体内部压强有一个粗略的认识。课本图13．2－3是演示实验，有条件的学校可以把这个实验变为学生实验或并进式实验，尽量增加学生的实践机会，使他们获得直接感知到的材料：

在液体内部的同一深度处，各个方向压强的关系；

液体内部压强与深度的关系；

对于学有余力的学生，还可以设计实验，研究液体内部压强与液体密度的关系。

实验前，应该使学生学会使用压强计，会比较准确地读出液体压强的数据。

让学生把实验测量的结果记录下来。最后通过对数据的归纳和总结，把填空式的结论填好。

连通器

课本图13．2－4是连通器的示意图，教材直接给出了“连通器里的水不流动时，各容器中的水面高度是相同的”结论。教学时，要把连通器拿给学生看，可用图13－l所示的较简单的连通器演示，可以看到，尽管连通器外形的形状粗细不同，但是盛入水后，各个容器的水面总是一样高，这会使学生对连通器的印象很深。

想想议议

分析连通器水面相平的原因。可以用液体压强的知识来解释，引导学生向这方面思考。

设想在图13－l的底部有一个小薄塑料片AB，分析在液体不流动时，它两侧受到的压力和压强的情况。液体不流动时，小薄塑料片AB处于平衡状态，两侧受到的压强相等，两管液面的高度相同。

教学时，要注意把握学生讨论的过程，注意思路的整理，不要教师过多的代替，给学生思维留有机会。

课本图13．2－4和13．2－5是两幅有关连通器的图，图13．2－4是连通器的原理，图13．2-5是实际中的连通器的例子。教学时，也可以先分析课本图13．2－5，在学生获得具体的知识后，再分析图13．2－4，分析为什么在连通器中水不流动时，各容器中的水面高度总是相等的。当然，也可以按照书上的顺序进行教学。

科学世界

三峡船闸是我国目前正在建造中的人造连通器。教学时，有条件的学校可以带领学生参观船闸，或模拟船闸，或音像资料，使学生获得一定的感性认识，再分析实际例子中船闸是怎样工作的。利用课本图13．2－6，重点分析船闸工作的过程，理解其中的原理。

还要挖掘这个内容中蕴藏着的爱国主义的教育素材，培养民族自信心和自豪感。

1．课本图13．2－7是讨论液体内部压强大小的题目，意在深入认识液体内部压强的特点。

2．这是一道联系实际的题目，一方面加强液体内部压强知识的应用，另一方面培养学生的科学批判意识。

三、大气压强

目标

1．知识与技能

了解由于大气压强的客观存在而产生的现象。

了解测量大气压强的方法，了解大气压强的大小和单位

了解抽水机的工作原理。

了解生活中利用大气压强的现象。

2．过程与方法

观察跟大气压强有关的现象，感知大气压强是一种客观存在。

观察演示实验现象，感知大气压强的大小和单位。

通过观察感知人类是如何利用大气压强的。

3．情感、态度与价值观

培养实事求是的科学态度。

通过大气压强应用的了解，初步认识科学技术对人类生活的影响。

说明与建议

想想议议

本节内容包括大气压强的存在、特点和大气压强的应用。

引导学生们认识大气压强的客观存在。为导入本课创设情景。

大气压强的存在

通过实验或同学之间的交流，了解由于大气压强的存在而产生的现象。分析大气压强产生的原因。

空气看不见，摸不着，大气压强的存在不容易被认识。教学时，也可以从马德堡半球实验故事入手，让学生感知大气压强的存在。本节的“动手动脑学物理”中介绍了用压力锅做马得堡半球的实验，不妨组织学生试一试。

课本提供了图13．3－l的现象，说明大气压强的存在。教学也可以从课本图中的生活事实入手，通过给塑料吸盘扎眼、饮料瓶口堵上或者把铁桶口的塞子拔下等，使实验器件内部和外部的压力平衡，通过分析和从现象的变化中，体会空气在图片展示的现象中所起的作用，从另一个角度体会空气的作用，感知大气压强的存在。

大气压的测量

做这个实验，大致了解大气压强的大小。

想想做做

测量吸盘与桌面的接触面积，可以有多种办法。这里可以让学生自己说出可行的办法，鼓励学生积极思考。

这个实验得到的大气压的数值，会给学生一个悬念，大气压强有那么大吗？它意味着大约10m高的水柱产生的压强！

演示（录像）

演示托里拆利实验的实验过程要让学生了解，使学生了解大气压强大小的由来。由于实验要用水银，如果不能实验，也可以通过看VCD，让学生了解实验的过程和事实。

托里拆利实验对认识大气压强的值很重要。由于水银是中学物理实验室限制使用的物品，不宜在教室给学生演示。但是，可以用教学挂图或教学VCD讲解这个实验。分析中要引导学生着重观察：在实验中无论玻璃管竖直还是倾斜，水银柱的高度差总是76cm高。

在得出这个实验数值的基础上，可以与前面哪个实验得到的数值对比，使前面“想想做做”中引起的那个悬念得到证实：是大气压强把玻璃管中的水银柱压那么高！我们身边的大气压强确实很大，相当于76cm高的水银柱产生的压强。然后应该通过实际演算，利用学过的密度的知识和压强的知识，计算出大气压强的大小。

要让学生记住标准大气压的大小和单位。

实验中要让学生了解玻璃管中水银柱上方是真空。

想想做做

通过实例计算，使学生感悟大气压强产生的压力的大小。

测量大气压强的仪器是气压计。常见的气压计主要有水银气压计和金属盒气压计。水银气压计是通过读出水银柱高度差，课本图13．3－3示出了它的基本原理。金属盒气压计在生活中很常见，在氧气瓶、灭火器等器件上都有，课本图13．3－4介绍了金属盒气压计的结构和应用。

想想议议

抽水机在生活中比较常见，主要有活塞式和离心式两种。抽水机是应用大气压强的机械，这里主要介绍了抽水机的基本工作原理。课本上没有用文字叙述抽水机的工作过程，也没有用文字介绍工作原理，而是通过4幅图，让学生自己通过对图甲的观察，尝试说出活塞式抽水机的基本结构，并以此为基础，说出活塞式抽水机的工作过程。

离心式抽水机的结构复杂，乙图示出它的工作过程，并配以简单的文字，说明大气压强的作用。

动手动脑学物理

1．让学生自己调查得到人体血压值，并进行估算。

2．可以让学生设计压力锅进行马德堡半球实验，并可在教师指导下实施。

3．这是一个实践性的练习，可以让学生做一做。

4．这是一道实验题，应该给学生演示，并启发学生思考。

5．这是提高学生探究能力的题目，可作为研究性学习的一个内容，让学生自己去研究，拓宽学生的知识面。

四、气体压强与流速的关系

目标

1．知识与技能

了解气体的压强与流速的关系。

了解飞机的升力是怎样产生的。

了解生活中跟气体的压强与流速相关的现象。

2．过程与方法

通过观察，认识气体的压强跟流速有关的现象。

体验由气体压强差异产生的力。

3．情感、态度与价值观

初步领略气体压强差异所产生现象的奥妙，获得对科学的热爱、亲近感。

说明与建议

想想做做

硬币“跳高”比赛是一个有趣的游戏。由于这个游戏的现象与学生的主观猜想有矛盾，学生可能更愿意试一试。

课本图13．4-1的游戏现象，最好教师现场做一下，实验现象出乎学生的意料，因而更加激发学生的兴趣。由这个游戏引入课题，能够引发学生学习的愿望和深入的思考。

做好硬币“跳高”的实验，需要教师研究：如何吹硬币？硬币放在什么位置合适？栏杆多高效果最好？栏杆放在什么位置合适？等等，教师要亲自做做，给学生展示实验时一次成功效果最好。然后再请几个学生做这个游戏，由于效果的差异，更容易激发学生学习的热情。

气体的压强跟流速的关系

用想想做做的实验引入本课题时，要引导学生的思维，分析硬币飞起来的现象：谁与硬币接触了？吹气造成了硬币的上下表面的气体发生了什么变化？猜想硬币上下表面的压强如何变化才能使得它飞起来？让学生探究前，要引导学生把要探究的核心内容思考清楚，并且做出自己的猜想，以明确观察的目的和对象。

探究

探究时，用两条纸来研究空气的压强跟空气的流速有关系。应反复实验三次以上，使得学生确信实验的事实：吹气前，两条纸互相平行，保持一定的间距，没有吸引和推斥，表明它们受到外侧和内侧的力互相平衡；吹气时，两条纸相互靠近，这表明：由于吹气，两条纸之间气体的流动速度大，两条纸外侧的空气流动速度小，纸条的互相靠近说明了纸的两侧受到的压力不同，可以总结得出实验的结论：在气体中，流速大的位置压强小，流速小的位置压强大。

液体跟气体一样，也是流体。气体的压强跟流速的关系的规律，对流动的液体也适用，最后得到课本中给出的结论：在气体和液体中，流速越大的位置压强越小。

教学时，可以把“动手动脑学物理”中的第一题作为例子，让学生共同分析，获得常识性的安全方面的认识。

飞机的升力

飞机能够升空是由于机翼的上下表面产生了压强差。

想想做做

用飞机的机翼模型做机器受气流作用的实验，可以获得机翼在水平气流作用下，向上翘起的现象。由于前面已经学过“在气体和液体中，流速越大的位置压强越小”的结论，学生会想到机翼向上翘是由于下面的压强大引起的。

通过实验，学生可以接受“机翼向上翘是由于下面的压强大引起的”的结论。但是，为什么机翼下面的压强大？对于初中学生，这个问题比较难理解。教学时，可以按照教材给出的思路给学生讲解。

动手动脑学物理

1．这是一道联系实际的问题。如果学生想不明白，可以给学生做模拟实验，帮助学生思考。

2．这是一道实践性的习题。材料好找，一定让学生亲自做一做。

3．可以让学生观察，并做资料汇集，与同学交流，获得有关信息。

4.这是一道实践性练习，对理解本节内容有帮助。

五、浮力

目标

1．知识与技能

了解浮力是怎样产生的。

理解浮力的大小等于什么？

知道浮力的应用。

2．过程与方法

通过观察，了解浮力是怎样产生的。

通过收集、交流关于浮力应用的资料，了解浮力应用的社会价值。

3．情感、态度与价值观

初步认识科学技术对社会发展的影响。

初步建立应用科学知识的意识。

说明与建议

轮船、鸭子都能浮在水面，认为它们受到浮力，是很正常的。但是沉在水底的物体是否也受到浮力，学生就说不清了。浮力这个物理概念，跟生活关系密切，但是还是要在教学中辨析它的科学意义，注意与前概念加以区分，才能使学生从本质上掌握这个概念，并能准确地使用。

通过对浮在水面物体的浮力的分析中可以得知，物体受到的浮力的方向是垂直于水面向上的。

想想做做

通过实验，使学生引起认知冲突：铝块放入水中能够沉入水中。它受到浮力的作用吗？为什么在空气中铝块拉弹簧测力计的力比较大？而同一个铝块浸入水中时拉弹簧测力计的力小了？

分析物体在空气中拉弹簧秤的力，可以知道那是物体的重力，方向向下，大小等于G，即F=G，如图13－3所示。物体在水中拉弹簧测力计的力小于重力，如图13－4所示。

这说明：浸入水中的物体除了受到重力外，还受到向上的浮力，使得弹簧测力计受到的力F=G－F浮，所以大小减小了。

浮力的大小

提出问题，引起学生的思考。

想想做做

1．造船比赛。要学生通过实践，找出获得最大浮力的办法。

2．图13．5－2示出实验的基本器材，通过手压空易拉罐的方法，体验易拉罐所受浮力的大小跟浸入水中的深度的关系。

这个“想想做做”的内容为探究活动做铺垫。

探究浮力的大小等于什么什么？

做好这个探究很重要。课本用图13．5-3示出实验的主要内容。实验结果很容易得到，这就是阿基米德原理：浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于它排开的液体所受的重力。这个表述简明扼要地说出浮力的大小，容易为学生记忆和理解。

有的物体能够浮在液体的表面，有的物体能够沉入液体中，序言中的鸡蛋实验，鸡蛋可以漂浮在水面上，向水中撒入盐后，又能浮在水里，这是为什么？教学时，可以引入一些现象，说明不同物体在水中处于上浮、悬浮、下沉三种状态，引起学生的思考。最好能通过实验，使学生获得物体在水中沉浮的直接经验，抓住重力和浮力大小的关系，利用二力平衡的知识，得到沉浮的条件：

物体上浮物体受到的浮力＞它的重力

物体悬浮物体受到的浮力=它的重力

物体下沉物体受到的浮力<它的重力

浮力的应用，要处理好两方面的问题：如何调节重力和浮力来实现浮沉的；浮力应用的实例，例如轮船、气球、潜水艇、飞艇的原理。课本上的这4幅图，是关于浮力应用的内容。课本图13．5－5是要求学生填图，画出在不同状态下，物体的受力情况。其余的三幅图简要地示意潜水艇、飞艇是如何实现浮沉的。密度计是利用浮力的测量仪器，可以让学生初步了解它的应用。

动手动脑学物理

1．船能够装载的货物的质量是5800t-2600t=3200t，轮船自身的质量是2600t。

2．这是一道实践性的题目。

3．这是实验性的题目。

4.略。

参考资料

阿基米德（公元前287～前212年）

阿基米德是古希腊杰出的数学家和物理学家。他青年时代曾在古希腊世界文化中心亚历山大里亚学习，在那里研究天文学、数学和力学。他发明了“阿基米德螺旋提水器”和靠水力发动的天象仪；系统总结并严格证明了杠杆定律，为静力学奠定了基础；他发现阿基米德原理，奠定了流体静力学的基础。公元前212年阿基米德所在的斜拉古城被罗马军队占领，正在沙地上画着几何图形聚精会神地思考问题的阿基米德，被闯进来的罗马士兵杀死。

密度计以及自制

密度计也叫比重计或浮秤，是工农业生产和科学实验中使用很普遍的一种测量液体密度的仪器。它是一根密闭的玻璃管，上部粗细均匀，内壁贴有刻度纸，下部较粗，下端装有铅丸或水银，使玻璃管能竖直浮在液面上。

常用的密度计有两种。一种是用来测量密度大于水（即密度大于1．0×10３kg／m３）的液体的密度计，俗称比重表，它的下部装的铅丸或水银多一些，这种密度计的最小刻度是“1．00’，它的最小刻度线在最高处，由上而下，顺次是1．1，1．2，1．3……，全部刻度线都在1．00刻度的下面。另一种是用来测量密度小于水的液体的密度计俗称轻表，它的下部装的铅丸或水银少一些。这种密度计的最大刻度是“1．00”，它的最大刻度线在最低处，由下而上顺次为0．9、0．8、0．7……。全部刻度线都在1．00刻度的上面。

另外在贸易、生产和化学实验中，还常用到酒精计、（直接指出酒精的浓度），硫酸计（直接指出硫酸的浓度），检乳计（直接指出牛奶的浓度）等，这些仪表实质上也都是密度计，只是它们的刻度不是指出密度的大小，而是直接指出所要测的数据罢了。

自制密度计，要在木棍的一端绕上保险丝，目的是使密度计能竖直浮在液体中。没有保险丝或铜丝，在木棍下端的轴心按入一个图钉，也能使木棍竖直地浮在液体中。如果找不到均匀的木棍，用一支带有橡皮头的铅笔来代替也可以。在橡皮头上沿铅笔的轴向按上一个图钉，然后放在清水中，可以看到铅笔竖直浮在水面。在铅笔与水面接触处划一条细横线，这就是水的密度的刻度，一个简易的密度计就制成了。把它放在食油或盐水中，就可以比较出三种液体密度的大小。

飞艇

飞艇主要由艇体、动力装置、尾翼和吊舱组成。艇体的气囊内充比空气轻的氢气或氦气——浮升气体，利用它受到的空气浮力，飞艇才能浮在空中。动力装置用来推进飞艇。尾翼用来起稳定、控制作用和改变飞行方向、吊舱用来载人和货物。飞艇的升降调整有多种方法，如改变气囊中的气体量（放气或充气）、抛掉压舱物（水或沙袋）、利用艇体或翼面的气动升力和改变推力方向等。

（1）软式飞艇艇体由主气囊和前后副气囊组成（图13－８）。气囊不仅要求密封，还要有相当强度能承受一定的压强。气囊上装有安全活门，压强超过规定值时能自动放气保证气囊不被胀破。主气囊内充浮升气体。副气囊内充空气。副气囊的作用是在不排放主气囊内气体的条件下，保持主气囊内外压强差为定值。当飞艇爬高，外界大气压强降低时，副气囊放气使主气囊增大容积，从而保持主气囊原来的内外压强差。当外界大气压强增大时，向到气囊内充气使它膨胀。从而压缩主气囊的容积，使主气囊的压强仍能保持略高于外界大气压强。设置前后副气囊还可调节浮力中心的位置。仅向后副气囊充气时，重心后移，飞艇产生抬头力矩；反之，产生低头力矩。

（2）半硬式飞艇气囊构造与软式飞艇相似，但在气囊下部增加刚性的龙骨架，组成半硬式飞艇的艇体。

（3）硬式飞艇艇体由刚性骨架外罩蒙布或薄铝皮构成（图13－9）。整个艇体不密封，主要起维持流线型和连接各部分的作用。艇体内部由隔框分割成许多小气室，每个小气室内放有密封的小气囊，内充比空气轻的气体。在地面时，小气囊没有完全胀满气室。随着飞行高度增加，外界大气压强降低，囊内气体随之膨胀，在达到规定高度时，气囊恰好胀满气室。众多小气囊可提高飞艇的抗损性和安全性。部分小气囊受损，整个飞艇的浮力不会完全丧失。

第一艘飞艇是法国的H·吉法尔于1852年制成的。1900年德国的齐柏林公司开始制造大型硬式飞艇，在第一次世界大战期间，曾多次用飞艇进行远程轰炸。

充氢气的飞艇容易发生事故，还由于飞机在30年代和40年代有了很大发展，因此，后来就不再生产飞艇了。但是，跟飞机比，飞艇有很多优点。它噪声小、耗油少，对空气污染轻，运载量大，能垂直起落和悬浮空中。因此，在70年代又有些国家提出制造充氮飞艇的设想，并在逐步实现中。今后，飞艇在勘探、运输、救灾、海洋研究、通信广播中，将有广阔的应用前景。

我国近十余年来先后研制出热气飞艇、充氢试验艇、充氢遥控飞艇、浮空4（FK4）载人实用飞艇。其中由华航飞艇开发集团研制的FK4飞艇采用氦气为浮升气体，囊体材料为自行研制的层压复合材料，并设置有俯仰偏转正负90度的螺旋桨，填补了我国充氮实用飞艇的空白。

核潜艇及其模拟演示

核潜艇是以核能为动力的潜水艇。世界上第一艘核潜艇是美国的“红鱼”号，是在1954年1月24日开始首次试航。首次试航即显示了核潜艇的优越性，人们听不到常规潜艇那种轰隆隆的噪声，艇上操作人员甚至觉察不出与在水面上航行有何差别。它84h潜航了1300km，这个航程超过了以前任何一艘常规潜艇的最大航程10倍左右。1955年7～8月，“红鱼”号和几艘常规潜艇一起参加反潜舰队演习，反潜舰队由航空母舰和驱逐舰组成。在演习中，常规潜艇常常被发现，而核潜艇则很难被发现，即使被发现，核潜艇的高速度也可以使之摆脱追击。由于核潜艇的续航力大，用不着浮出水面，因而能避免空中袭击。

早期的核潜艇均以鱼雷作为武器。以后由于导弹的发展，出现了携带导弹的核潜艇。核潜艇安上导弹之后，便出现了两种类型：一类是以近程导弹和鱼雷为主要武器的攻击型核潜艇；另一类是以中远程弹道导道为主要武器的弹道导弹核潜艇（又称战略核潜艇）。攻击型核潜艇主要用于攻击敌水面舰艇和潜艇，同时还可担负护航及各种侦察任务。弹道导弹核潜艇则是战略核力量的一次重要的转移。在各种侦察手段十分先进的今天，陆基洲际导弹发射并很容易被敌方发现，弹道导弹核潜艇则以其高度的隐蔽性和机动性，成为一个难以捉摸的水下导弹发射场。

我国第一艘鱼雷攻击型核潜艇，经过三年的航行试验于1974年8月1日正式交付海军服役，成为世界上第五个拥有核潜艇的国家。核潜艇是集当今世界高、精、尖科学技术和工业发展于一身的产物，它涉及到冶金、机械、造船、电子、航天、化工、原子能、兵器等许多工业部门。因此，我国在十年动乱时期、在被封闭的条件下造出了自己的核潜艇，又一次震惊了世界。现在我们也拥有了自己的导弹核潜艇，并且成功地进行了水下发射导弹试验。

潜水艇的工作过程可以模拟演示：

取一只试管，用一个钻了两个小孔的橡皮塞塞紧管口。在两个小孔中各插入一根短玻璃管，并在玻璃管端分别接上一根长度适当的软胶管，其中一根胶管与注射器相连（演示用的50cm‘注射器效果为好），另一根胶管只要在试管水平浮在水面时，管口能没在水面以下即可（如图13－7）。为使试管能水平浮在水面，可在试管的底端绕几圈铁丝作为配重，使它平衡，同时可以增加试管浮沉时的可见度。演示时，将试管放入大玻璃水槽中，使它水平浮在水面。用注射器从试管中抽气，试管里的水就增多；往试管里压气，试管里的水就减少。控制进入试管内的水量，试管就会在水中下沉、上浮或悬浮。做这个模拟演示时，要注意把装置的某些部分与潜水艇的构造作类比，如试管相当于水箱，用注射器往试管里压气，相当于用压缩空气排出水箱中的水。这样便于学生观察、想象和理解。

关于物体浮沉的两个演示

(1)漂浮条件的演示。如图13－6，在天平盘上放溢水杯，让杯里的水面恰到管口处，使天平平衡。然后往杯里放一木块，天平这一端就下降，同时木块排开的水从管口流出，等排开的水流完以后，天平又恢复平衡。这说明，木块重等于它排开的水重，即等于浮力。

（2）悬浮体的制作

用硬纸做成边长约5cm的立方体盒，将熔化的石蜡倒入空盒中。用天平称出约10g的粗砂粒，放入熔化的石蜡中（因为石蜡密度为0．87～0．93，使125cm３的石蜡变为平均密度为1的石蜡，需加入约8．7～16．2g的砂）。当盒内注满蜡液后，将盒放在通风阴凉的地方冷却，使石蜡凝固。从盒内取出凝固的蜡块，放入水中，如果有少部分体积露出水面，可将几枚大头针插入蜡块内，直到它悬浮在水中为止。向蜡块中增加或减少大头针，蜡块就可以下沉或上浮。

将小的透明塑料袋装入红色或蓝色的水，而后将塑料袋口用细线扎紧，放入水中，也会成为很好的悬浮体。

核潜艇及其模拟演示

潜水艇的工作过程可以模拟演示：

关于物体浮沉的两个演示

（2）悬浮体的制作

将小的透明塑料袋装入红色或蓝色的水，而后将塑料袋口用细线扎紧，放入水中，也会成为很好的悬浮体。

潜水病与减压病

潜水病是潜水到一定深度后发生的一种病。减压病是当潜水员超过了潜水时间或是达到一定深度之后快速出水时发生的一种病。

潜水员每下潜10m，他身体受到的水压强就增大10５Pa。为了使体内外各部分的压强处于平衡，必须吸入压强跟周围水压相等的压缩空气，这就使得潜水员呼吸时吸入的气体增多。吸入的气体不只在肺中发生气体交换，氮和氧一样也会进到血液和组织中去。氮气进入血液并产生一定的压力，这种压力对潜水人员会引起一种麻醉作用，这种病的症状跟喝醉酒出现的症状差不多，患者失去正常工作能力，动作失调，失去控制能力，这就是深水麻醉。

潜水员潜入深海以后或在潜水箱中工作时，有相当多的氮气溶解于潜水员的血液和组织中，在潜水员从水中升起时，上升的速度必须相当缓慢，以便血液和组织中的氮气能扩散出来。在从深海逃难或深海潜水中必须快速上浮时，压强从几个大气压突然下降，这对人体是特别有害的。这时氮气从组织中释放出来形成不溶解的气泡。这种气泡在小血管中形成栓塞，阻止血液流过。这会引起肌肉和关节疼痛，如果中枢神经系统发生栓塞，甚至会出现麻痹，厉害时甚至瘫痪或死亡，这就是减压病。

减压病主要是由于压强突然减小造成的，如果外部压强不是突然减小，而是缓慢地减小，那么血液中的气体就可以慢慢地扩散出来，不致形成气泡，对潜水员就不致造成伤害。对于潜入10m以下的潜水员，为了避免减压病危险，必须制定详细的减压时间方案，即仔细计算好他的上浮时间和减压时间。比如，潜水员要潜40m深，在水中停留50min（其中包括下潜到这个深度所用的时间），为了保证他安全返回水面，所需的上浮时间和减压时间总共约需61min；其中潜水员一定要在9m深处停留5min，在6m和3m深处各休息约20min。如果潜入120m深处，停留20min，所需的减压时间就要长达180min左右。

减压的安全时间，不仅与潜水深度和在水中持续的时间长短有关，同时还与吸入气体的成分有关系。为了预防潜水病和减压病的发生，现在潜水员都使用氦氧混合气体来代替压缩空气，这可以防止深水麻醉，也可以避免减压病，还能增加潜水深度。

高山反应

人的许多生理现象跟大气压大小有关系，高山反应就是常见的一种。高山反应也叫高山病。是由高山气候引起的一种疾病。高山地区的气候叫高山气候。临床文献中的高山气候是指海拔1000m至1300m高处的气候。在体育运动中，高山气候是指海拔3000m以上的高山地区的气候。

有些登山运动员在进入高山地区后，会发生高山病。高山病的症状差别很大，包括：头晕、头痛、耳鸣、恶心、呕吐、脉搏和呼吸加速、四肢麻木等。每个人的反应随一系列的条件而不同，主要决定于训练的程度和海拔高度的转变速度等。

登山运动员初次迅速攀登很高的山峰时，机体的各个系统常发生许多障碍。中枢神经系统会出现兴奋过程亢进和抑制过程削弱的现象：睡眠不好，全身感觉不舒服，软弱无力，懒散和情绪低落，动作协调性差。呼吸系统的症状是：气喘，时常感到空气不足，睡眠时发生周期性的呼吸停顿，夜间感到窒息发闷。由于心脏血管系统机能状况变化引起头晕、鼻出血、耳鸣和血管跳动的感觉，皮肤和粘膜变得青紫或苍白，常常恶心和呕吐。严重的会陷入昏迷、甚至死亡。

高山病的主要原因是高山地区空气稀薄，大气压低，人们呼吸时吸入的氧气的分压也低，造成肺泡中的氧分压降低，血液中含氧量减少。

平原地区的青年人在高山地区居住一段时间后，对高山气候的适应能力和缺氧的抵抗能力都会提高。一般地说，高山病的急性症状就会逐渐减轻，以至消失。身体健康的人和训练有素的登山运动员对高山气候的适应能力也强。

大气压和天气的关系

大气压跟天气有密切的关系。一般地说，地面上高气压的地区往往是晴天，地面上低气压的地区往往是阴雨天。这里所说的高气压和低气压是相对的，不是指大气压的绝对值。某地区的气压比周围地区的气压高，就叫做高气压地区；某地区的气压比周围地区的气压低，就叫做低气压地区。

在同一水平面上，如果气压分布不均匀，空气就要从高气压地区向低气压地区流动。因此某地区的气压高，该地区的空气就在水平方向上向周围地区流出。高气压地区上方的空气就要下降。由于大气压随高度的减小而增大，所以高处空气下降时，它所受到的压强增大，它的体积减小，温度升高，空气中的凝结物就蒸发消散。所以，高气压中心地区不利于云雨的形成，常常是晴天。如果某地区的气压低，周围地区的空气就在水平方向上向该地区流入，结果使该地区的空气上升，上升的空气因所受的压强减小而膨胀，温度降低，空气中的水汽凝结，所以，低气压中心地区常常是阴雨天。

由于气压跟天气有密切的关系，所以各气象哨所每天都按统一规定的时刻观测当地的大气压，报告给气象中心，作为天气预报的依据之一。

大气压强和标准大气压

从本质上了解大气压强的产生，对理解某些现象是十分重要的。

大气压强的实质，要用气体分子动理论来说明。气体的压强是大量的做无规则运动的气体分子与容器壁不断碰撞而产生的。由于气体分子向各个方向碰撞的几率是相等的，根据分子动理论可以推导出

式中的nD是单位体积内的气体分子数，是分子的平均平动动能。由于气体分子的平均平动动能与气体的绝对温度成正比，当温度不变时，气体的压强只与单位体积内的分子数成正比。把一个开口的玻璃瓶封闭起来，其中的压强仍然是大气压强，就是因为容器内外单位体积内的气体分子数是相同的。

由于重力的影响，大气中气体分子的分布是不均匀的，单位体积内的分子数随高度的增加按指数律递减，从而气体的压强也随高度的增加而按指数律递减。从理论推导可以求出，在温度T恒定时，如果地球表面上大气的压强为p0则在高度h处大气的压强减小到

式中的M是气体的摩尔质量，R=8．31·mol－１·K－１是普适气体恒量。

在托里拆利实验中，水银柱产生的压强是用公式p=pgh来计算的，式中p表示水银的密度，g是重力加速度，h表示水银柱的高度。由于水银的密度跟温度有关，而重力加速度g与测量地点的纬度和高度有关，所以只给出水银柱的高度760mm并不能准确地规定标准大气压的数值。1954年第十届国际计量大会决议声明：在所有应用中采用下列定义，

1标准大气压＝101325N／m2。

演示托里拆利实验时应注意的问题

（1）水银要清洁。

（2）如果管里有残留的空气，所测的大气压就不准确，所以向管里灌水银时，必须把管里的空气排净。向管里填水银以前，可先把一根穿着线的针放到管底，线的一头留在管外（用细铁丝或细漆包线也行），然后用漏斗往管里慢慢灌水银，一边灌，一边提提针，就可以把管里的空气排出。

(3)把装满水银的玻璃管倒放在水银槽里的时候，动作要慢一些，并且要用力把管口按紧，以免水银流出来；管口没入槽内水银面以后，再放开手指。

（4）水银是有毒的，使用时，不要用有伤口的手接触水银，否则会中毒。按管口的手指应戴上橡胶套，以免手指与水银接触。空气中的水银蒸气达到一定程度，对健康有害，所以做实验时要把窗户打开，实验做完后，要立刻把水银装入瓶内，并把瓶盖盖紧。

托里拆利（1608－1647）

托里拆利是意大利的物理学家和数学家。他的一位老师是伽利略的学生。有一次这位老师把托里拆利的一篇力学论文拿给伽利略看，咖利略看后非常欣赏托里拆利的卓越见解，邀请托里拆利作自己的助手。在伽利略生命的最后3个月中，虽已双目失明，但仍未放弃科学工作。托里拆利担任了伽利略口述的笔记者，成了伽利略的最后一位学生。

著名的托里拆利实验，证明了大气压强使水银柱保持在管内不下落。为了进一步证明管中水银面的上方是真空，托里拆利在水银槽中加水，然后把倒插在水银槽里的玻璃管缓缓上提，当玻璃管口升到水银和水的界面以上时，管内的水银就流出来，同时水就进入玻璃管中，并充满玻璃管，从而证明了真空的存在。

关于大气压存在的实验

模拟马德堡半球实验，可以用橡皮碗。可以用研磨汽车、拖拉机气门的皮碗（农村的生产资料商店、城市的汽车零件商店中出售）。如果没有橡皮碗，可以用塑料挂衣钩（两个）来代替。

实验时应注意，两手拉皮碗的力的方向要与皮碗的圆面垂直，这时力是克服大气压力的，用很大的力才能把皮碗拉开。如果用力的方向与圆面平行，这时用的力是克服皮碗间的摩擦力，用不大的力就能把皮碗分开。

课本图0.1-10也是演示大气压的存在。实验时可将玻璃瓶放到冒着热汽的热手壶嘴熏一下，然后迅速靠近吹鼓了的气球上。由于温度的降低，瓶子内水蒸汽变成水，从而压强降低，大气压的作用使玻璃瓶咬住了气球。

大气压随高度减小

离地面越高的地方，空气越稀薄，那里的大气压强越小。图13－5表示出了大气压随高度变化的情况。

如果预先测出不同高度的大气压强，列成表，那么到一个高度末知的地点，只要测出大气压强，就可以知道当地的高度。为什么大气压随高度减小呢？

原来，大气层的结构，越到高空大气越稀薄，这些知识学生在地理课中已经学过，讲大气压随高度变化时，要注意联系。图13-5给出了不同高度处的大气压值，要指导学生看图，从图上可以找到不同高度的大气压值。还可以研究一下大气压随高度的变化是不是均匀的。

微小压强计的原理

课本图13．2-3所示的压强计是用来测量较小的压强的。在U形管内装有色液体，两侧液面都受大气压的作用，两侧液面在同一高度。用橡皮管把扎有橡皮膜的金属盒连到U形管一侧，用手指按橡皮膜，手指加在橡皮膜上的压强就由封闭在管内的气体根据帕斯卡定律来传递这个压强，而使左侧液面降低，右侧液面升高，U形管两侧液面出现高度差。手按橡皮膜压强越大，液面高度差也越大。

如果把金属盒放入液体中，橡皮膜受到液体压强的作用，而向里凹，封闭在管内的气体把这个压强传递给液体，两侧液面出现高度差。此时右侧液面受到的压强仍是大气压，左侧液面受到的压强等于大气压强与液体压强之和再减去橡皮膜单位面积弹力的平均值。如果橡皮膜的弹力很小，两侧液柱高度差所产生的压强就近似等于液体的压强。

压强计也可以用来测气体的压强。把压强计的左侧管跟被测的气体相通，如果被测气体的压强大于大气压，压强计右侧液面比左侧的高，如果被测气体的压强比大气压小，左侧液面比右侧液面高，两侧液柱高度差产生的压强近似等于被测气体的压强与大气压的差。

帕斯卡（162－1662）

帕斯卡是法国数学家、物理学家。他没有受过正规的学校教育，但由于有良好的家庭教育，加上他自己聪明好学，因此语文学得很好，数学也学得很出色。16岁时参加了巴黎数学家和物理学家小组的学术活动，并发表了一篇有关圆锥曲线的出色论文，这篇论文使年轻的帕斯卡名声大震，正式踏进了法国学术界的大门，取得了一个又一个的成果。

帕斯卡在物理学方面的主要成就是对流体静力学和大气压强的研究。1653年发现了液体传递压强的规律，但到1663年（他去世后的一年）才正式发表。他还指出盛有液体的容器的器壁上所受的压强也仅跟深度有关。他还做了大气压强随高度变化及虹吸现象等实验。

帕斯卡对文学也极有造诣，对法国文学颇有影响。1962年，世界和平理事会曾推荐帕斯卡为被纪念的世界文化名人之一。

由于过度劳累，帕斯卡39岁就病逝于巴黎。为了纪念帕斯卡，用他的名字来命名压强的单位——帕斯卡，简称“帕”。

几个压强的参考数值／kPa

一般有缝钢管能承受的压强 1960

无缝钢管能承受的压强 7840～78400

载重汽车对地面的压强 137～196

轻的六轮汽车对地面的压强 1225

履带拖拉机对地面的压强 39．2～588

炊事用高压锅（安全塞熔化时） 120～130

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