气体压强演示仪的设计与制作

郭志刚 张合晓 蒋胜芝

众所周知，在物理课教学中，实验的作用举足轻重。物理实验不仅仅是让学生学会知识，更重要的是启迪智慧，让学生了解物理学的学习方法与研究方法，提升学生科学素养。如何将抽象的实验简单化，如何借助教学仪器将深奥的原理一一阐释，我们一直在不断地探索。逐渐通过一系列自制教具进行创新和实践，利用巧妙的实验来激发学生学习科学的热情，找准学生学习的切入点，最大限度地发挥和挖掘教学仪器以及自制教具的特有功能。

一、问题的提出

人教版九年级《物理》教材第四章第三节《大气压强》讲述了大气压强的存在。气体和液体有共同性质：液体内部朝各个方向都有压强，在同一深度，各个方向(上下、左右、前后)压强相等。液体内部朝各个方向都有压强是由于液体能够流动。为证明这一物理现象，有专门的验证仪器—液体压强演示仪、帕斯卡球。空气也是流动的，也存在朝各个方向的压强，但目前我们只能用如图1所示的塑料吸盘实验、吸管吸饮料实验、热桶封冷实验来说明。

这几个实验可以说明大气压强的存在，但不能既定性又定量地同时证明气体朝各个方向都有压强。对此，在教学实践中，为了使学生对“气体朝各个方向都有压强”有更加深刻的理解，我们设计制作了气体压强演示仪，从而弥补了没有气体压强演示仪器这一空白。

二、仪器装置介绍

1.仪器结构(如图2所示)

a是压力容器。注射器通过橡胶管压缩压力容器内的气体，从而使与压力容器相连的微小压强计的液柱发生变化。

b是压力容器的阀门。平衡内外气压，打开时调整微小压强计的液柱，做实验时将其关闭。

c是两端装有弹簧的橡胶管。弹簧可防止橡胶管打死结，橡胶管将压力容器内的气体进行传递。

d是微小压强计。若干个微小压强计与压力容器不同方向的孔相连，通过橡胶管把压力容器内的气体压强变化转变为微小压强计内液柱的变化。通过各个微小压强计内液柱的高度差来说明压力容器内的气体朝各个方向都有压强，并且朝各个方向的压强大小相等。

e是底座。用于固定微小压强计。

f是注射器。通过推拉注射器来控制压力容器内的气体。

2.仪器特点

(1)该演示仪可以同时得出气体朝各方向都有压强且朝各个方向的压强大小相等的结论，可谓省时高效。

(2)该探究仪使用广泛，可用于人教版九年级《物理》教材中的以下实验： ①验证气体朝各个方向都有压强；②验证分子间有间隔；③气体压强传递。体现了科学知识和科学探究过程相统一的原则。

(3)该演示仪使用方便，操作简单，可重复使用，非常值得推广。

三、制作方法

(1)气体压强演示仪共由四部分组成：注射器、压力容器、微小压强计(10～13支)、底座及橡胶管。

(2)压力容器的制备：在一个有机玻璃杯的各个方向上打孔(最少打10～13个，代表不同方位)，然后截取3 cm长玻璃管(直径6～9 mm，数量10～13个)，将截好的玻璃管栽在对应的孔内，用玻璃胶粘好。再在杯子的侧壁安装一个阀门(平衡内外气压)。各个地方必须做到严密不漏气，这样压力容器就做好了(如图3所示)。

(3)底座的制备：取一凹槽形的铁座，在铁座上固定一铝塑板(50 cm×45 cm)，取10～13支微小压强计分别排列，在铁座后背板上固定，即成为各个方向定量显示板，再在底座上配一支撑压力容器的支架，底座就做好了(如图4所示)。

(4)将各微小压强计的一端与压力容器上的各个短玻璃管用橡胶管连接；将注射器也用橡胶管与压力容器上的其中一个玻璃管相连(做推拉用)。橡胶管的两端都用塑料弹簧固定，防止橡胶管打死结。

简图(如图5所示)：

四、使用方法

1.验证气体朝各个方向都有压强

(1)实验前将染色液分别注入10～13支微小压强计内，到达指定刻度，随后将压力容器和微小压强计用橡胶管连接，最后将橡胶管和注射器相连(不同方位的接头都可以)。

(2)实验时，打开压力容器的阀门，使容器、橡胶管和U形管相连的一端与外界气压相通，所有U形管的液面都在同一刻度线上，液面相平。

(3)关闭气体压强演示仪的阀门，压力容器内就封闭了一定量的气体，推动注射器的活塞，压缩压力容器内的密闭气体，被压缩的气体通过橡胶管朝各个方向传递。可以看到与上下、左右、前后所分布孔相连的每支U形管升高或降低的液柱都出现高度差，说明了气体内部朝各个方向都有压强；还发现压强计两边的高度差均相等，进而验证了气体内部朝各个方向的压强大小相等。

2.验证分子间有间隔

将演示仪所有和微小压强计(10～13支)相连的橡胶管用止水夹夹住，压力容器内就封闭了一定量的气体，推动注射器的活塞到一定刻度，密封在压力容器内的气体受压，分子间间隔变小，压强增大，松开手后注射器的活塞自动返回原位，证明分子间有间隔。

3.气体压强传递实验

根据气体有流动性这一独特性质，可借助于气体压强演示仪，验证气体压强传递。比如演示汽车用气刹车原理。

将演示仪所有和微小压强计(10～13支)相连的橡胶管部分用止水夹夹住，只留4个与微小压强计相连，推动注射器活塞，压缩压力容器内的密闭气体，有4支微小压强计的液柱产生高度差，演示了 “运动的汽车轮子被紧紧压住”模拟汽车用气刹车的原理。

任何一位一线教师都非常清楚实验在物理教学中的意义。使用合适的实验仪器能起到四两拨千斤的作用。通过一个个实验、一次次改进，我们在不断地努力、不断地探索，尽最大努力在日常教学中渗透科学探究的理念，建构科学探究的方法。