厘清物理公式本质解决初中物理疑难问题

摘   要：液体压强的大小与液体密度和深度有关，密度取决于液体的种类，但是深度却与液面有关，选择不同的液面就会有不同的结果。通过厘清液体压强的本质公式，在初中生能够理解的基础上，分析公式p=ρgh的由来，明确教材中液体压强计算公式的相对性，有效解决不同气压下判断液体压强大小的疑难问题，可为教师在实际教学中解决物理疑难问题提供可参考的思路和方法。

关键词：物理公式本质；初中物理；液体压强；相对性

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）10-0060-3

初中物理实际教学中考虑到初中生的思维能力有限以及物理知识本身的复杂性，教材中对部分物理公式加以简化便于学生的学习。但面对一些涉及物理本质的问题时，不理解公式本质直接套用公式，不仅无法解决这一类问题，反而会让学生陷于矛盾当中，不利于学生物理核心素养的提升。

1    问题的提出

2    产生问题的原因分析

计算液体压强的大小关键是看液体深度，而深度的大小又取决于自由液面的选择。教材中选择的是标准大气压环境中的液面为自由液面，但是对于自制气压计中的大气环境，瓶外大气压随着高度升高而降低，瓶内气压随着水面下降也会降低，不管是瓶内还是瓶外，气压都发生了变化。没有固定不变的气压选作标准，也就没办法用p=ρgh合理解释瓶底液体压强变化。

3    解决问题的思路

分析物理概念的形成过程。液体压强也是压强的一种，所以先从压强的概念本质分析入手。在教材中压强的定义是正压力与接触面面积的比值，是用来描述压力的作用效果的物理量。从这个角度来分析，压强由压力和受力面积所决定。在学习这两个因素时，需要重点分析的是压力。压力是与重力有着本质区别的力，压力大小有时等于重力的大小，有时又与重力毫无关系，压力的大小受各种因素影响，初中阶段我们更多的是区分压力与重力的不同，对于大小的判断往往要借助于受力分析。

重现物理公式的推导过程。对于水平地面的固体对地面产生的压强，由于压力大小等于重力，计算固体压力时一般都会先计算压力后计算压强，所以F=G在固体中经常用到，但同时我们又要明确知道压力与重力的不同。对于液体计算公式的由来，教材中首先是通过探究实验得出液体压强的特点：同一深度朝各个方向都有压强且相等；密度相同时，深度越深压强越大；深度相同时，密度越大压强越大。这只是定性的关系，对于定量关系则是建立了一个规则形状的液柱，设想液柱下方平面的压强就是该位置的液体压强大小。如图2所示，液柱对平面的压力等于液柱所受的重力，借助于公式的变形F=G=mg=ρVg=ρgSh，从而推出p=F/S=ρgh。由于液体同一深度朝各个方向都有压强且相等，所以这个公式就可以普遍计算同一深度其他位置的液体压强大小。对照压力与重力的区别，我们不难得知液体压强中液柱模型的建立是有前提条件的。模型中没有考虑外界对液体的压力，只考虑了液体本身受到的重力，所以才有压力等于重力的推导。如果考虑外界对液体的压力，那么此时的压力就不等于液体本身受到的重力，公式的推导就会发生变化。

参考文献：

[1]惠恩玲，张锦国，拾景忠.谈谈对液体压强的深层理解[J].物理教学，2015，37（8）：34-36.

[2]曹可攀.由“提水桶”问题到突破滑轮组机械效率的计算问题[J].物理教师，2020，41（5）：43-44.

（栏目编辑    蒋小平）