关于托里拆利实验的几点思考

龚杨

摘 要：托里拆利实验是初中物理中很重要的一个实验，做这一实验要用到具有一定危险性的实验材料水银，因此围绕这一实验水银如何安全使用，水银能否被其他实验材料替代，水银蒸气如何去除展开了全面思考。

关键词：托里拆利实验；中学物理教学；实验材料；改进方法

托里拆利实验是中学物理中的一个重要实验，目的在于测量、计算大气压强的大小。关于这一实验，笔者有如下思考：

一、实验要注意安全

由于实验使用水银作为实验材料，而水银又极易挥发产生有毒的水银蒸气，所以此实验具有一定的危险性。如果通风条件不好，水银蒸气被人体吸入则可能造成汞中毒。所以，该实验细则就明确规定：实验应该在通风条件良好处进行，比如通风橱中。如果不慎将水银滴落，应先用硫粉覆盖，使之固化为硫化汞后再清扫。

二、水替代水银进行实验是不现实的

在实验讲解之后，学生自然会有疑问：既然水银有毒且比较昂贵，为什么不使用水作为实验材料呢？通常情况下，教师会莞尔一笑，进而耐心解释原因。其实，道理很简单。根据公式p=ρgh计算可知，如果用水替代760毫米汞柱产生同样大小的压强，则水柱高达10.3米，换言之，需用10余米长的玻璃管。这么长的玻璃管，且不论熔融、烧结、吹制的复杂工艺，运输、贮藏、放置的重重困难，即便是实验时注满水后倒置的过程恐怕也要借助高高的脚手架，所以用水替代是不现实的。

网上也有相关的视频资料，将高达4层楼的特制玻璃管中空气抽出，人为制造真空环境，将水虹吸上去，再用卷尺测量水柱高度并计算大气压强。这在普通实验室中是无法想象的。

三、水银这一实验材料，一定程度上具有不可替代性

在实验材料的选取上，是否有更合适的物质呢？这个问题恐怕是从当年托里拆利做的第一个实验至今，一直困扰我们的难题。认真分析起来，满足本实验的物质必须满足以下四个条件：（1）常温下呈液态。（2）密度足够大，最好达到1×104kg/m3以上。（3）成本低廉、常见易得，能够满足普通实验需求。（4）无毒无害，环境友好型材料。

但是，常见液体大多密度偏小，即便有个别种类有机物密度稍大，也因粘稠度大，灌注时有气泡进入或液面下降不顺畅而影响实验结果。所以，目前尚無合适替代物，只能期待新材料早日诞生。

四、水银蒸气可用“水膜法”来阻隔、吸收

既然没有合适替代物，那么只有用水银，所以当务之急就是设法去除水银蒸气。那么，是否可以用“水膜法”来阻隔、吸收呢？即用一层薄薄的液态含硫物质浮于水槽中的水银面上，利用硫吸收水银蒸气。

硫极难溶于水，微溶于酒精，却易溶于二硫化碳。二硫化碳性质稳定，所以可以用水作为阻隔液，在上面加少量二硫化碳溶液作为吸附剂来吸收水银蒸气。但水和二硫化碳必须少量使用，恰能覆盖水银面即可，如果太多则可能影响最后实验结果。

五、若想不用水银，需要另辟蹊径

能否设计更好的实验方法或新颖的实验装置？比如，将水银槽半密封起来收集水银蒸气，或者利用比例法测出大气压的十分之一，这样即便用水也可以轻松做这个实验了。

以上只是本人不成熟的几点思考，希望可以抛砖引玉，引起更多的科研工作者和教育工作者集思广益，对托里拆利实验这个中学物理中重要的经典实验做出有益的改进与尝试，争取早日让我们的学生能够人人动手，在课堂上简单易行地安全完成实验。

我相信，只要教师多动脑，学生积极参与，我们的初中物理实验课也会精彩绽放，也会为学生开拓性思维的激发奠定基础。

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