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液体压强和液体重量关系引发的思考 精选

已有 3674 次阅读 2020-6-18 11:14 |个人分类:大学教育|系统分类:教学心得| 物理, 液体压强, 教材, 创造性

惟大学者关心小问题。--“鲁迅”

这两天的微信群和朋友圈,讨论某中学读物中关于勾股弦定律的“爱因斯坦”证明法同时激发了对一些中学物理教科书中的问题的讨论。中国科学院理论物理研究所的刘纯研究员,重新发布了他在2014年的一篇博文,标题是“现在中学物理教科书关于液体内部压强的教法是误导人的”。

刘纯教授问题的缘起如下,北师大版的教科书(人教版类似)写道,液体内部压强是由于重力造成液体内部挤压所致。刘纯教授认为:“液体内部压强是由于重力造成这种说法是误导学生的,如果不是完全错误的话。误导之处在于:没有重力,液体内部就没有压强。这容易让学生以为液体压强是重力的副产品。”他给出一个反例即帕斯卡裂捅实验,可以图示如下。

en-liquids-hydrostatic-pressure-water-vessel-shape.png

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两个稍微深入的知识点:

  1,液体的压力和压强是两个不同的概念,压力可以直接感知,压强不行。液体的重量是可以直接测量,压强只能间接测量。

  2,用大学物理的语言,压强是一种应力。也就是,即使静压强,其恰当描述也不能是一个标量,而是一个2阶对称张量。

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刘纯教授提出的问题本身不难解决,上课的老师,在给出帕斯卡裂捅实验时,稍加说明就可以了。但是,中学物理教育有多方面的问题。微信里大量的讨论集中在如何改善中学物理教材的学术质量。大中学教育最困难的地方是,如何引导学生进行创造性思维!

有没有学生从液体压强和液体重量关系的思考中碰撞出创造性火花?

三个创造性思维点:

1,考虑地球是圆的。在地球表面称量液体重量时,地球曲率的影响有多大?

2,地球重力场强随高度增加而减小。地球表面称量液体获得的重量和液体质量的关系如何?

  3,在太空中,没有重力场。如何从分子角度理解液体内部的压强的起因。

爆料一下:由于思考一个相关问题,当年的孙昌璞同学切入了物理学的高速道,很快成长为我国最年轻的理论物理院士(之一)。在《大学物理》1984年第5期上,当年的本科生孙昌璞同学发表了一篇只有一页的论文,清楚地显示出,地球场中大气压强不是大气重量产生的!尽管大气不是液体,不具备不可压缩性,但是,"地球场中(液、气)体压强不是(液、气)体重量产生的"这一结论,却是普适的!

称量气体重量的微观机制是什么?.pdf

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捕获.JPG



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