神奇的连通器

王福生

义务教育课程标准实验教科书九年级物理第十四章第三节——大气压强，教材内容中有一个著名的实验——托里拆利实验，我认为这个实验是中学教科书中最神奇的实验之一。虽然这个实验早在三十年前我上初中时就学习过，但在当时和前些年我的教学生涯中一直有一个问题始终萦绕在我的心中，那就是为什么聪明的托里拆利认为760毫米高的汞柱就一定是大气压在支撑着？直到2004年在我进行连通器的教学时，有一道习题引起了我的注意，习题的内容是：在一支U形玻璃管的一侧注入适量的煤油，另一侧注入一定量的盐水后，这个连通器在静止时两侧的液面还会在同一水平面上吗？答案是否定的。于是我又想到，如果U形管的一侧是煤油，另一侧是水银，那样一来，U形管两侧的液面差不是会很大么？马上我又联想到了下一节中的托里拆利实验，想起了一直萦回在我的脑际的那个问题，突然我感觉到，托里拆利实验不就是一个神奇的连通器吗？后来我将这一想法和同事们交流，渐渐地得到了大家的认同，我的这一想法有下面的理由：

1. 见图A，托里拆利管里是水银柱，水银柱压在水银槽内管中与槽内液面相平的水银面上，水银柱的上方是真空，而管外水银面上却是大气压作用在上面。

2.（见图B）管外的水银面上方是大气层压在上面，而大气层上方也是真空。且图B管内水银柱上表面上方也是真空，与图A管内水银柱上表面上方气压相同为0Pa，只不过我们将B图中的玻璃管向上伸到了大气层的上表面之上。到此，B图和A图实验环境完全相同，B图完全可以取代A图。

3. 由于水银柱和大气层的上方都是真空，而下方又都由槽内水银连通，则大气和水银便成了盛在“巨大U形管”两侧密度不同的两种物质（见图C），并且都处在上方是真空的相同环境中，则我们根据连同器原理不难想到，这个理想中的“U形管”一侧的大气压强和另一侧的水银柱的压强处于一种平衡状态，即连通器的原理——压强相等。

4. 到此我们便可以认为这个理想中的“U形管”就相当一个上端开口下端相联通的容器，与我们常见的连通器不同的不过是一个是上方为真空环境，一个是上方为空气环境而已。

后来，我将这一想法运用到教学中，用它来为学生解答托里拆利实验的问题，得到了学生的认可。

（责任编辑 史玉英）