关于大气压的测量课堂演示实验的创新研究

夏小烟

摘 要：物理八年级下册（人教版）教科书中，大气压的测量实验（托里拆利实验）利用水银测量大气压强，由于水银对人体有害，因此，课堂上通常采用播放视频动画的形式演示该实验。针对该实验，做了创新改进，用水替换水银，用带钢丝的水管代替玻璃管，测量大气压强。

关键词：测量大气压强；初中物理；课堂演示实验；创新研究 《义务教育物理课程标准（2011年版）》中指出：实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径，要发挥实验在物理教学中的重要作用。因此，演示实验以及学生自己动手实验，在课堂上显得尤其重要。特别是演示实验，让学生亲眼目睹，亲身经历实验过程，增强学生学习物理的兴趣，加深学生对物理知识的理解。课堂演示实验让学生养成尊重客观事实的学习习惯，因此要争取在课堂上，把演示实验开出率提高到100%；确实没办法在课堂上演示的实验，则利用多媒体演示代替。

物理八年级下册（人教版）教科书中的托里拆利演示实验，利用水银测量大气压强，由于实验用的水银对人体有危害，所以教科书中注明“录像”，长期以来，教师们都是播放视频、动画等代替该实验的，针对这一问题，笔者经过深思熟虑，用水代替水银，用带钢丝的水管代替水银测量大气压强，测出的大气压强值相对比较准确。

下面笔者将介绍“用水测量大气压强”的实验器材。

制作所用的原材料很简单，也很容易在市场的五金店找到，分别是：抽水泵一台（抽程为20m），15m带钢丝水管一段，水阀开关三个，活接一个，钢圈四个，普通PVC水管一米，活接三个，密封胶水一瓶。制作过程如下：步骤一，把普通PVC水管剪成四段，其中两段为0.2米，另两段为0.3米。步骤二，0.2米的两段普通PVC水管涂上密封胶，插进钢丝水管两端，并用钢圈固定死。步骤三，两个水阀开关接到钢丝水管两端的普通PVC水管上，这两个水阀是用来控制水进出的（如图1所示）。步骤四，在活阀的其中一端再接一个活接，此段用來连接到抽水机的进水口处（如图2所示）。步骤五，两根0.3米的PVC水管分别接到抽水泵的进水口和出水口处，并在进水口的PVC水管上接活接，此处用来与钢丝水管连接；在出水口的普通水管上装上水阀开关。一套用水测量大气压强的器材就此完成（如图3所示）。

要进行实验，除了以上介绍的器材外，还需要一个30L的水桶和一把30米长的卷尺。实验前，把水桶装满水，并倒入红墨水给清水染色，便于实验过程中进行观察。接着把钢丝管接到抽水机进水口处，利用抽水机抽水把钢丝管灌满水。注意抽水过程中，要把钢丝管内的空气排干净；而且抽水机所放位置必须比钢丝管任何一个位置都要高，抽水机和水桶之间有两到三层楼的高度差。装满水后，重新把水桶装满用红墨水染色的水，并把钢丝管两端的水阀开关关闭，其中一端固定在五楼，缓缓从五楼放下，另一端放到一楼装满红墨水的水桶中。

一切准备就绪，就可以进行演示实验。把水桶里的水阀开关打开，就可以看到水管上端的水缓缓下降，等到钢丝管中液柱液面下降平稳后，就可以进行测量。从钢丝管液柱液面处开始下放卷尺，测量水桶液面到钢丝管液柱液面的高度，记作“h”，h=10.045m（如图4所示），则利用公式p=ρgh=1000kg/m×10N/kg×10.035m，求出大气压强为100350Pa。利用这一方法测量出的大气压跟标准大气压是非常接近的，说明这一方法准确度很高。

把水管垂直放置，是最基本的实验做法，在这基础上改变实验方式，多提一些相关问题，可以发散同学们的思维，加深学生对大气压的理解。例如：（1）把水管倾斜放置，（如图5所示）可以看到液面高度是没有发生变化的，测量出的h与垂直时测量的h几乎是一致的，老师可以启发学生思考“是否可以测量装有水的水管长度当做h”。（2）把水桶放置在二楼，从六楼下放水管做演示实验，启发学生思考此时应该怎样测量h，应该是液柱液面到水桶液面的垂直距离，还是液柱液面到地面的距离。（3）做完实验后，把上端水阀开关打开，则可以看见钢丝管的水流出，直到与桶中液面相平，可以启发学生思考为什么会出现这样的现象，引导学生利用刚刚学的大气压的知识进行解释。（4）如果用汽油、煤油或者食用油代替水，h是否会发生改变，引导学生结合液体的密度，算出对应的结果，甚至可以在算出结果后再用相关液体做实验进行验证。

该创新实验中，用水代替水银，可以有效避免做实验过程中水银带来的危害，教师随时可以在课堂上进行演示，有效地改变课堂上只是播放视频演示托里拆利实验的现状。在制作器具，演示前准备，以及演示过程中，都可以鼓励学生参与其中，让学生真正做到动手动脑学物理，提高学生学习的积极性，激发学生学习物理的兴趣。

另外，该实验必须在教室外面完成，课堂上演示时，学生就可从教室转移到教室外，既丰富了物理课堂的形式，也让学生经历了观察物理现象的过程，能简单描述所观察物理现象的主要特征，能在观察和学习中发现问题，深刻地体会到大气压的存在，更好地了解大气压。也可以选择放学、课间时间以及以第二课堂的形式进行演示；甚至以兴趣班的形式，把整个制作过程以及演示过程都交给学生去完成，丰富学生的课余生活。

参考文献：

张大昌.新课程理念与初中物理课程改革[M].长春：东北师范大学出版社，2002.

注：本文是广州市教育科学规划课题青年专项课题，初中物理课堂演示实验的创新研究（课题编号：1201554123）的成果。

？誗编辑 李博宁