愛華網(wǎng)(這篇文章提出了一些很有價(jià)值的問題,也解析了幾個(gè)問題,但我覺得還是有不明白的，大家都來圍觀一下吧.)
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，往往體會不到這是個(gè)問題。筆者從個(gè)人體會出發(fā)，對靜流體壓強(qiáng)普遍的宏觀解釋這個(gè)問題進(jìn)行了思考.
初中物理教科書中對靜流體壓強(qiáng)的解釋都簡單地歸之于“重力”。作為教科書中對液體、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。
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？
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？
筆者一直受著這些問題的困擾曾與同事進(jìn)行討論，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。且認(rèn)識到：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。
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)是描述物質(zhì)擠壓程度的物理量。我們找到了從微觀通向宏的這座橋梁——擠壓。
氣體壓強(qiáng)可以用擠壓解釋。一定量的氣體既沒有一定的形狀也沒有一定的體積，它總是充滿容器，其體積與容器的容積相同。容器對氣體是一種束縛，如果沒有容器的束縛氣體必將四散逃逸，談不到什么壓強(qiáng)。束縛就是擠壓，壓力是由擠壓產(chǎn)生的，壓強(qiáng)的大小反映了擠壓程度。
擠壓的形成可能是由于重力的作用，也可能不是由于重力的作用?？梢栽O(shè)想束縛在容器中的氣體就是在沒有重力的情況下（如失重狀態(tài)）仍然有壓強(qiáng)，而且其壓強(qiáng)的大小隨容器容積的變化而變化。從而氣體壓強(qiáng)的解釋可與重力脫鉤，我想這才是它的本來面目。
大氣壓強(qiáng)的產(chǎn)生確實(shí)與重力有關(guān)，因?yàn)檎侵亓Π汛髿馐`在地球周圍。換句話說,是重力使大氣發(fā)生了擠壓而產(chǎn)生了壓力、壓強(qiáng)。
重力作用的特點(diǎn)是分散作用于物體組成的每個(gè)細(xì)小部分（通常說的重力指的是這些力的合力），所以說重力屬于“徹體力”。重力使受力物體沿豎直方向一層層擠壓，越往下擠壓程度越甚，而在水平方向則擠壓程度相同。其結(jié)果是在同一水平各處壓強(qiáng)大小相等，而沿豎直方向越往下壓強(qiáng)越大。大氣就是如此，這與微觀統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果是一致的。
擠壓解釋可以避免重力解釋帶來的許多誤會，本文開始提出的困惑之三可以迎刃而解：一杯空氣雖然少，外界大氣雖然多，但它們是同樣的氣體，有同樣的溫度，擠壓程度相同，故有相等大小的壓強(qiáng)。
傳統(tǒng)教科書中大氣壓力等于大氣重力之說并不錯(cuò)誤，只是過于簡單缺少關(guān)鍵的中間過程說明。這個(gè)問題可用平衡條件證明在水平地面上取一面積為S的平面，由此平面豎直向上直到大氣頂端存在著一個(gè)大氣柱體。此氣往靜止因而所受的力為平衡力。在氣柱的側(cè)面周圍大氣對它的壓力分布對稱、相互平衡不待多言。在豎直方向此氣柱受到兩個(gè)力，一是重力G，再一個(gè)是地面的支持力（大氣壓力的反作用力）pS。此二力平衡，則pS＝G。這就是說擠壓解釋可以更科學(xué)地證明重力解釋所得到的結(jié)論。
另一個(gè)需要說明的問題是，即使是盛于容器中的氣體，嚴(yán)格地講在重力作用下沿豎直方向的分布也是不均勻的。設(shè)想一個(gè)容器中充滿了氣體，在沒有重力作用時(shí)其分布均勻，在重力作用下則上部稀疏而下部稠密，而且是按指數(shù)規(guī)律變化。這好像一個(gè)豎直放置上下兩端固定的螺旋形軟彈簧，在沒有重力作用時(shí)，其螺距是均勻的，在重力作用下則自上而下螺距越來越密。
這就是說由于重力的作用在有限容器內(nèi)的氣體也存在上下壓強(qiáng)差。這正是氣體浮力的來源所在，以及氣體對流得以發(fā)生的原因之一。但在通常的條件下，容器高度有限，由于氣體的質(zhì)量密度很小所以常常忽略不計(jì)。
液體比氣體復(fù)雜得多，它的分子結(jié)構(gòu)近程有序，與氣體、固體比較更接近于固體。固體的形變有多種形式，拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、剪切等等，無論發(fā)生哪一種形變都有相應(yīng)的應(yīng)力產(chǎn)生。對氣體和液體可以毫無應(yīng)力地改變其形狀，但在體積壓縮方面氣體、液體則有與固體一樣的性質(zhì)。①氣體和液體由于體積的壓縮而引起的應(yīng)力就是壓強(qiáng)。因之壓強(qiáng)的擠壓解釋不僅適用于氣體也適用于液體。但是對液體壓強(qiáng)的微觀解釋比氣體要困難得多。
液體與氣體不同，雖然它沒有一定的形狀但有一定的體積、而且難于壓縮。液體內(nèi)的壓強(qiáng)也是由分子的熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，在通常的情況下與氣體不同的是液體分子之間的相互作用力不可忽視。
由于通常情況下液體內(nèi)的分子斥力略大于引力，因而難于壓縮，如壓縮則斥力急劇增大。使液體體積擴(kuò)張，則導(dǎo)致分子引力增大，也是困難的。所以通常的液體保持一定的體積。
液體與氣體另一個(gè)不同之點(diǎn)是液體存在表面，表面層有指向液體內(nèi)部的壓強(qiáng)。另外液體表面的凸凹在影響液體壓強(qiáng)方面也扮演著重要角色，凸的表面產(chǎn)生正的附加壓強(qiáng)，凹的表面產(chǎn)生負(fù)的附加壓強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)表明凹的表面對液體的體積有擴(kuò)張作用。這對正確解釋初中物理常做的證明大氣壓存在的演示實(shí)驗(yàn)——覆杯實(shí)驗(yàn)、水膜粘合玻璃片實(shí)驗(yàn)——是不可忽視的。液體的表面層形成對液體的自我束縛、自我擠壓，液體總是處于緊張狀態(tài)，所以即便沒有容器。沒有重力及其它外來作用液體內(nèi)仍存在著壓強(qiáng)。
液體的微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壓強(qiáng)的微觀解釋困難，但并不妨礙從宏觀上以擠壓對其壓強(qiáng)進(jìn)行解釋。液體的可壓縮性很小，并不是絕對不可壓縮。以水為例，在通常情況下大約每增加1倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的壓強(qiáng)可使水的體積減小原體積的46×10－5。
一切液體在或大或小的程度上總是可以壓縮的。當(dāng)液體體積被壓縮時(shí)就要產(chǎn)生壓力，這就是液體的彈性力，液體越被縮它的壓力就越大。這里可以看作彈性作用的壓強(qiáng)也就是前面說過的斥力壓強(qiáng)與引力壓強(qiáng)的差值；隨著壓縮程度的增加斥力壓強(qiáng)增大，差值Pr－Pi增大。
在重力作用下，液體和氣體一樣沿豎直方向產(chǎn)生不均勻分布。即在同一水平各處擠壓程度一樣，而沿豎直方向越往深處擠壓越甚。所以在水平方向各處壓強(qiáng)相等，而隨著深度的增加壓強(qiáng)增大。
在初中物理課程中采用液體壓強(qiáng)的擠壓解釋可以避免傳統(tǒng)重力解釋帶來的誤解和困惑，教科書中應(yīng)說明不管是什么原因只要液體發(fā)生擠壓則產(chǎn)生壓強(qiáng)，而且壓強(qiáng)的大小由擠壓程度決定，液體自身所受重力使液體的擠壓越深越甚，而在同一深度處擠壓相同。重力以外的原因，如其它外力的作用使液體發(fā)生擠壓則各處擠壓程度一樣。據(jù)此進(jìn)一步說明相應(yīng)的壓強(qiáng)分布，這是有科學(xué)根據(jù)的，也是學(xué)生可以接受的。照此解釋，本文開始提出的困惑之一可解，對困惑之二可以部分解決。由于學(xué)生頭腦中有“力守恒”的前概念，這個(gè)問題在真正掌握了力的分解合成之后才能徹底解決，所以義務(wù)教育教學(xué)大綱中規(guī)定不討論這類問題是有道理的。類似困惑之三。液體也有這樣的問題，例如。在5000米深的海底水的壓強(qiáng)可達(dá)500倍的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以上，在這樣的地方取一杯水密封起來，雖然這杯里的水本身所受重力可能還不足10牛頓，但它卻有與杯外海水同樣大小的壓強(qiáng)，這是因?yàn)槠鋽D壓程度與外邊水的擠壓程度一樣的緣故。設(shè)想裝水的杯子為剛體不會發(fā)生形變。這杯水拿到海面上邊來仍會保持500倍標(biāo)準(zhǔn)大氣壓以上的壓強(qiáng)。
第一單元主題是壓力、壓強(qiáng)概念。對壓力可解釋為：物體間由于擠壓而垂直作用在接觸面上的力叫做壓力。從生活實(shí)例入手，所舉實(shí)例既要有重力作用的，也要有非重力作用的，還應(yīng)包括碰撞；要有固體的，也要有氣體、液體的。
在這一單元內(nèi)應(yīng)與小學(xué)自然相銜接定性地介紹氣體壓強(qiáng)（包括氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系）、大氣壓的存在、液體壓強(qiáng)等現(xiàn)象。
第二單元主題是液體壓強(qiáng)。著重講重力作用的特點(diǎn)，總結(jié)出在液體內(nèi)同一水平各處擠壓相同，壓強(qiáng)相等（在下一單元介紹托里拆利實(shí)驗(yàn)可利用此結(jié)論）；沿豎直方向液體內(nèi)從上至下擠壓程度越來越大，壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
在這一單元內(nèi)要給出液體壓強(qiáng)的計(jì)算公式。公式的推導(dǎo)以依平衡條件為好。在液體內(nèi)某一深度h處的某點(diǎn)取一面積為S的水平面，由此面豎直向上取一粗細(xì)均勻的液柱直到液體表面。根據(jù)平衡條件得出深h處的壓強(qiáng)
P0為液面上的大氣壓強(qiáng)。說明ρgh為液體受重力作用發(fā)生擠壓產(chǎn)生的壓強(qiáng)，此壓強(qiáng)只與液體的密度ρ和深度h有關(guān)，而與液體的多少無關(guān)。給出上式有助于消除片面理解重力的作用。
第三單元主題是大氣壓強(qiáng)。說明大氣受重力的束縛包圍在地球周圍，在重力的作用下發(fā)生擠壓而產(chǎn)生壓強(qiáng)。壓強(qiáng)隨高度變化。另外大氣壓強(qiáng)與地形、天氣（氣壓低易形成陰雨，但不是陰雨而形成氣壓低）、季節(jié)有關(guān)。
