初中物理静流体压强宏观解释的思考

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1、初中物理静流体压强宏观解释的思考（上）王绍符（河北大学附中071002）静流体压强的解释在我国初中物理课程中长期以来一直是一个未能妥善解决的问题•高屮以及高屮以上学校的物理教师，没冇这方而的亲身实践，往往体会不到这是个问题。笔者从个人体会出发，对这个问题进行了思考，参考了一些书，做了一些论证，对静流体压强的宏观解释梳理出了一些想法•在查阅资料吋笔者发现早在1657年玻意耳（RobertBoyle,1627〜1691）通过实验发现现在称Z为的玻意耳一马略特定律时就曾对气体压强做过弹性解释，但不知这一思想为什么一直没冇引入初屮物理教材形成对静流体压强普遍的宏观解

2、释•现就笔者前前后后的一些想法整理成文供初中物理教师以及对初中物理教材、教法进行研究的人士参考，并希望得到批评指正.一、传统解释引起的困惑初中物理教科书中对静流休压强的解释历来都简单地归之于〃重力〃，现就我手头的两木书摘录如下：1944年正中书局出版，常伯华著，初中物理教科书（这是笔者念初中时用的教科书）：〃堆书于桌上，则桌面所受压力即等于书籍的重量（即现在所说重力一笔者注，下同）……液体既有重量，故上层液体就能对下层夜体发生一种压力•〃该书接着提岀，设想液休中一个液柱，然后说：〃液柱的重量就是上层液体对下面液体的全压力•〃并据此导出压力强度（即压强）的计算

3、公式.另一本更早的书，书名是IntroductiontoPhysicalScience作者Gage•书中谈至lj大气压强时说：''ScarcelysevcngcncrationshavePassedsincepeoplefullygraspedtheideathatWeliveandmoveatthebottomofanoceanofatmosphericairwhichformsitsoutermostlayerandextendsaboveourheadsmanymiles,theweightofwhichpressesuponusanduponallo

4、bjectswithinourreachwithaforceofaboutonetononeverysquarefootofsurface这段文字的大意是说：就在刚刚过去的二百多年以前，人们普遍认识到原来我们是生活在由大气构成的海洋底层.由我们的头顶向上延伸数英里的大气的重量压在我们身上，以及我们周围所有的物体上，大约有每平方英尺-吨之重.上述文字如果是出现在科普读物上，也许无可非议；作为教科书中对液体、气体压强的解释，却给老师和学生留卜•了〃液体和气体压强是由重力产生的〃这样的误解（这种说法经常出现在课堂教师的讲解屮，也常出现在各类考试的试题中）.我们不禁

5、要问，如果没有重力难道液体、气体就没有压强了吗？这种解释也难于与早已成熟的微观解释相协调.由此而产生了一些困惑.然而这种解释在我国的初中物理教科书中却一直延续到今天.困惑Z-：既然液体压强是由液体重力产生的，为什么只与深度和密度有关系而与液体的多少无关呢？困惑之二：既然液休压力是由重力产生的•为什么同样多的水盛于形状不同的容器屮对容器底的压力大小不同呢？特别是为什么这个压力还有的大于液体的重力呢？困惑之三：既然气体和液体一样其压力（压强）是由重力产生的，其金于就是其自身的重力•为什么从大气中取出一杯空气，加上盖子，这杯中的空气会与外界大气有相同大小的压强呢？

6、一杯空气的重力怎么能与大气的重力相比呢？笔者从1952年毕业走上教书的岗位以來一直受着这些问题的困扰曾与同事进行讨论，也曾请教先辈（包括笔者的老师耿克仁先生、武永兴先生、刘鸿藻先生）得到的结论是缺少恰当的宏观解释•用微观解释可以解决问题但不适合初中的现状•也就是说需要找到一种可以与微观解释相一致的宏观说法•后来终因日常工作的繁忙以及政治运动的不断冲击没能安下心来探讨这个问题.1985年物理通报杂志社组织初中物理教科书的编写研究，为笔者提供了一个机会•其间笔者曾多方面探讨这一问题•认识到：第一，微观解释不适合冃而我国初屮的教学现状，但这并不妨碍从研究微观解释入

7、手，找到一个从微观和宏观的桥梁•第二，必须与重力解释相协调•因为确实存在着重力的作用。二、对气体压强宏观解释的思考气体的微观结构是最简单的，气体压强的微观解释也最完善，故先从气体着手.气体的分子结构是完全无序的，分子Z间距离较远，分子Z间的作用力可以忽略不计，其压强可以解释为由大量分子热运动的碰撞产生，由统计研究，可得气体压强(1)式（1）中P为气体压强，n为单位体积分子数，即分子数密度；/〃为分子量；护为分子运动的方均速率•参照式（1）,理想气体方程（pV^—KE）可写成(2)p=nkT式（2）中斤为玻耳兹曼常数，斤=1.38X10^焦/开，T为热力学温度

8、.由式（2）可知气体压强p在温度T不变的条件下（下同