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1、第4頁共4頁創(chuàng)建時(shí)間：2005/4/317:18:00初中物理靜流體壓強(qiáng)宏觀解釋的思考（上）王紹符（河北大學(xué)附中071002） 靜流體壓強(qiáng)的解釋在我國初中物理課程中長期以來一直是一個(gè)未能妥善解決的問題.高中以及高中以上學(xué)校的物理教師，沒有這方面的親身實(shí)踐，往往體會(huì)不到這是個(gè)問題。筆者從個(gè)人體會(huì)出發(fā)，對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了思考，參考了一些書，做了一些論證，對(duì)靜流體壓強(qiáng)的宏觀解釋梳理出了一些想法.在查閱資料時(shí)筆者發(fā)現(xiàn)早在1657年玻意耳（RobertBoyle，1627～1691）通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在稱之為的玻意耳——馬略特定律時(shí)就曾對(duì)氣體壓強(qiáng)做過彈性解釋，但不
2、知這一思想為什么一直沒有引入初中物理教材形成對(duì)靜流體壓強(qiáng)普遍的宏觀解釋.現(xiàn)就筆者前前后后的一些想法整理成文供初中物理教師以及對(duì)初中物理教材、教法進(jìn)行研究的人士參考，并希望得到批評(píng)指正. 一、傳統(tǒng)解釋引起的困惑 初中物理教科書中對(duì)靜流體壓強(qiáng)的解釋歷來都簡單地歸之于“重力”，現(xiàn)就我手頭的兩本書摘錄如下：1944年正中書局出版，常伯華著，初中物理教科書（這是筆者念初中時(shí)用的教科書）：“堆書于桌上，則桌面所受壓力即等于書籍的重量（即現(xiàn)在所說重力——筆者注，下同）……液體既有重量，故上層液體就能對(duì)下層夜體發(fā)生一種壓力.”該書接著提出，設(shè)想液體中一個(gè)液柱，然后
3、說：“液柱的重量就是上層液體對(duì)下面液體的全壓力.”并據(jù)此導(dǎo)出壓力強(qiáng)度（即壓強(qiáng)）的計(jì)算公式.另一本更早的書，書名是IntroductiontoPhysicalScience作者Gage.書中談到大氣壓強(qiáng)時(shí)說：“ScarcelysevengenerationshavePassedsincepeoplefullygraspedtheideathatWeliveandmoveatthebottomofanoceanofatmosphericairwhichformsitsoutermostlayerandextendsaboveourheadsmanymi
4、les，theweightofwhichpressesuponusanduponallobjectswithinourreachwithaforceofaboutonetononeverysquarefootofsurface.”這段文字的大意是說：就在剛剛過去的二百多年以前，人們普遍認(rèn)識(shí)到原來我們是生活在由大氣構(gòu)成的海洋底層.由我們的頭頂向上延伸數(shù)英里的大氣的重量壓在我們身上，以及我們周圍所有的物體上，大約有每平方英尺一噸之重.上述文字如果是出現(xiàn)在科普讀物上，也許無可非議；作為教科書中對(duì)液體、氣體壓強(qiáng)的解釋，卻給老師和學(xué)生留下了“液體和氣體壓強(qiáng)是
5、由重力產(chǎn)生的”這樣的誤解（這種說法經(jīng)常出現(xiàn)在課堂教師的講解中，也常出現(xiàn)在各類考試的試題中）.我們不禁要問，如果沒有重力難道液體、氣體就沒有壓強(qiáng)了嗎？這種解釋也難于與早已成熟的微觀解釋相協(xié)調(diào).由此而產(chǎn)生了一些困惑.然而這種解釋在我國的初中物理教科書中卻一直延續(xù)到今天.困惑之一：既然液體壓強(qiáng)是由液體重力產(chǎn)生的，為什么只與深度和密度有關(guān)系而與液體的多少無關(guān)呢？困惑之二：既然液體壓力是由重力產(chǎn)生的.為什么同樣多的水盛于形狀不同的容器中對(duì)容器底的壓力大小不同呢？特別是為什么這個(gè)壓力還有的大于液體的重力呢？第4頁共4頁創(chuàng)建時(shí)間：2005/4/317:18:00
6、困惑之三：既然氣體和液體一樣其壓力（壓強(qiáng)）是由重力產(chǎn)生的，甚至于就是其自身的重力.為什么從大氣中取出一杯空氣，加上蓋子，這杯中的空氣會(huì)與外界大氣有相同大小的壓強(qiáng)呢？一杯空氣的重力怎么能與大氣的重力相比呢？筆者從1952年畢業(yè)走上教書的崗位以來一直受著這些問題的困擾曾與同事進(jìn)行討論，也曾請(qǐng)教先輩（包括筆者的老師耿克仁先生、武永興先生、劉鴻藻先生）得到的結(jié)論是缺少恰當(dāng)?shù)暮暧^解釋.用微觀解釋可以解決問題但不適合初中的現(xiàn)狀.也就是說需要找到一種可以與微觀解釋相一致的宏觀說法.后來終因日常工作的繁忙以及政治運(yùn)動(dòng)的不斷沖擊沒能安下心來探討這個(gè)問題.1985年物
7、理通報(bào)雜志社組織初中物理教科書的編寫研究，為筆者提供了一個(gè)機(jī)會(huì).其間筆者曾多方面探討這一問題.認(rèn)識(shí)到：第一，微觀解釋不適合目前我國初中的教學(xué)現(xiàn)狀，但這并不妨礙從研究微觀解釋入手，找到一個(gè)從微觀和宏觀的橋梁.第二，必須與重力解釋相協(xié)調(diào).因?yàn)榇_實(shí)存在著重力的作用。二、對(duì)氣體壓強(qiáng)宏觀解釋的思考 氣體的微觀結(jié)構(gòu)是最簡單的，氣體壓強(qiáng)的微觀解釋也最完善，故先從氣體著手.氣體的分子結(jié)構(gòu)是完全無序的，分子之間距離較遠(yuǎn)，分子之間的作用力可以忽略不計(jì)，其壓強(qiáng)可以解釋為由大量分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞產(chǎn)生，由統(tǒng)計(jì)研究，可得氣體壓強(qiáng)（1）式（1）中p為氣體壓強(qiáng)，n為單位體積分子數(shù),
8、即分子數(shù)密度;m為分子量;為分子運(yùn)動(dòng)的方均速率.參照式（1），理想氣體方程（）可寫成p＝nkT（2）式（2）中k為玻耳茲曼
