大气压存在实验的多角度验证

张斌 庞礼军 胡金毕

摘要：在中学物理验证大气压的存在实验中，运用“扩散思维”的方式验证实验。对于大气压强的教学，在中学物理实验教学中是比较抽象的。如果老师在教学中照本宣科，学生就会无法理解，为了让学生能够对大气压存在的知识点理解透彻，发散学生的思维，达到学以致用的目的，采用“扩散思维”的实验教学。

关键词：大气压强；多角度验证；物理；实验；教学对于现代物理教育方式的改革，为了让学生的主体地位能够在课堂教学中充分体现出来，并且发展学生的智力与非智力、培养学生的创新意识、提升学生的动手动脑能力，这必然要有较好的教学方式。在物理教学中，实施创新教学的基础是实验课堂的创新，实现课堂教学的创新关键在于构建创新的课堂教学模式[1]。一般来说，在课堂教学中老师主要讲授本节主要的知识点，很少用侧面剖析的方式进行教学，这样导致学生只能学到一种方法，即最基础最普通的一种方法，而学生对这种方法只停留在解题考试拿高分等层面，所学到的方法仅限于应试方面，忽略了物理在生活中的应用。在实际生活中，就是要将所学到的方法结合实际，实现由生活走向物理、由物理走向生活的目的，而恰恰许多物理授课老师和学生在教学过程中，忽略了这一点，从而导致知识与生活相脱离。仅物理学科而言，最终目标是从生活走向物理，从物理回归生活，对此，我们将以多角度思考问题的方式延拓大气压存在实验的教学。

1大气压强存在实验教学的局限性

在我国，中学物理教学中经常演示古老的马德保半球实验，如果能亲自演示这个实验那当然是很好，但是在实际教学中并没有真正的演示该实验，而是以教科书上的图片为教学“演示”器材，也就是说只是在纸上谈兵而已，对于老师来说该实验很好理解，但对于学生来说理解就不是那么容易了，更别说透彻理解。因为大气压是看不见也摸不着的抽象的物理概念，如果没有进行真正的的实验，学生是感觉不到马德保半球实验的威力的，这样以来就不会给学生留下深刻的印象，学生只能是牵强的理解。另外，对于该实验老师又无法进行复古式的演示，因为你不可能去找那么多的马匹和较为宽广的场地，进而导致该实验必须以故事的形式展现在学生面前。

中学物理教学中，另一个实验是托里拆利实验，这个实验也是非常重要的，该实验不但能证明大气压的存在，而且还可以测出大气压的数值。然而，该实验中要用到水银，水银是

有毒物质，做实验还要考虑到安全问题，所以托里拆利实验就不能让学生亲身体验，而只是以照本宣科的方式呈现给学生看。和上述马德保半球实验一样，不能让学生亲身感受，没有给学生留下深刻的实验验证印象。这样导致学生对所学相关知识记忆不深，理解不透，也不能实现从生活走向物理、从物理回归生活的教学目标。

总的来说，大气压强的验证在教学过程中是一个很难的教学点，因为大气压存在的教学是一个比较抽象的过程，学生对此的理解和掌握往往不是很好。物理学本身具有探究性，学生通过学习，应该能提出假设、设计实验方案、进而达到实验验证这个目的，而在这个过程中，学生的推理能力起着重要作用[2]。

2大气压强产生的原因

我们知道大气压分为三层，分别是0—11km的对流层，11—20km的同温层，20km以上的电离层。在重力场中，气体分子受到两种作用，分别是“无规则的分子热运动”和“重力”作用，分子的热运动使得分子平均分布，而重力作用使得分子向地面运动。大气压强随高度而改变，公式如下：

公式中T为恒温，P0为地球表面的压强，h为高度，μ为气体摩尔质量，R是普适气体常量。所以，大气压强产生的实质是由于气体分子的热运动，导致气体分子对物体表面撞击而产生的[3]。

3多角度验证大气压存在实验教学法

对于中学物理实验教学中，尽管大气压强这节内容非常抽象，但通过我们采用比较好的教学模式，运用“扩散思维”教学，本教学教会学生从不同角度解决问题，进而使学生更好的理解该抽象概念。在中学大气压这节的教学中，利用生活中的一些废弃物品，自制教具，对大气压存在的验证主要通过以下几个实验验证。

3.1 水杯实验

准备好一个水杯、一块比杯口稍大的正方形玻璃片、砝码若干、钩钉一个、水槽、水、胶水，接下来把钩钉用胶水固定在玻璃片中央位置上，用水杯从水槽中盛一杯水，必须装满，之后把玻璃片沿着杯口轻轻的水平推移直至把杯口完全封闭为止，最好是杯口落在整个玻璃片中央，最后用手压着玻璃片将水杯慢慢倒立，玻璃片不会掉下来，然后轻轻在钩钉上加砝码，加到合适为至。此过程中对玻璃片进行受力分析，受竖直向下的重力G，水的压力F压，大气给它的托力F气，如图1所示。

设实验中杯的半径为r，高为h，玻璃片的质量为m，则可得

式中P为大气压强，S为杯口面積，而P由公式（1）可得。

在公式（1）中P是理想化的，必须对它进行修正，一般都会通过多方过程的方法对它进行修正，最后得[4]

把（3）带入（2）得出

水杯一般是圆柱台型，也有成圆柱型的，如果是圆柱型的那就很好计算它的体积，而圆柱台型的则不易。其体积可按下列公式算出

式中S(x)为面积，取微元可得

式中y(x)是杯型侧面图中看到的曲线，这里把杯子的体型看作是曲线y(x)绕x轴旋转而成的，则

从而得出压力F压

在整个过程中，受到的合力为

由公式（9）可以计算出能加在钩钉上的最大砝码重量。

3.2 气球水杯实验

准备一个气球、橡皮筋，相对较深的水杯、易燃小纸片、打火机，把小纸片用打火机将其点燃并迅速投到深桶水杯中，很快的将气球膜用胶皮筋固定在水杯口上，过一会儿发现平整的气球膜凹向杯里，从而证明了大气压的存在。

3.3 多媒体Flash实验

根据实验原理，用Flash软件模拟实验，演示实验中震撼的场景，比如用Flash做马德保半球实验、托里拆力实验等等，以形象的形式展现出物理情景，方便学生理解相关知识和加深对知识的理解及记忆。

4总结

验证大气压存在的实验，通过利用不同方法，诠释同一个物理知识，引导学生多维思考问题，教会学生遇到问题不一定按部就班的去做，而是懂得选择不同的解决问题的方法，引导学生从多角度出发解决问题，学知识解题如同解决日常生活中的问题一样，要让学生达到“从物理走向生活，从生活走向物理”的学习目标。

[参考文献]

[1]李宏.创新教育与物理课堂教学模式改革[J].中国校外教育，2013，（5）：103.

[2]罗运文.中学生在探究“大气压强”过程成中的推理[J].现代中小学教育.科学探究，2005，（1）：41.

[3]杨守波,胡长杰.大气压强产生的原因[J].实验室科学，2007，（3）：137-138.

[4]梁业广.大气压强的精密计算[J].广西物理，2000，21（2）：7-8.