“托里拆利实验”的改进

吕淑君

摘  要：华师大版教材中的“托里拆利实验”是大气压强教学中的难点，通过分析教材实验，发现教材中的实验存在许多不足之处。文章通过对教材实验不足的分析，对该实验进行改进，并从实验原理、制作方法、实验步骤以及设计特色等方面介绍了该改进实验。

关键词：氧气含量;实验原理;制作方法;实验步骤;设计特色

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）10-0053-2

“托里拆利实验”源自华师大版八上第三章第3节《大气压强》。在传统的实验装置中，托里拆利管和水银槽是分离的，在灌水银时空气容易留在管中，水银又容易溢出，因此操作较难;而在倒置托里拆利管到水银槽的过程中，手指必须堵住管口，并将管连同手指一起放入到水银槽中，操作难度较大，一旦操作不稳，水银难免会溅出，水银有毒，缺乏安全性。因此，教参中建议这个实验可以不做，用视频等方法代替。

但“托里拆利实验”对于认识大气压强的值是非常重要的，它是物理学史上的一个重要实验。而学生只凭视频或图片，没有通过直观的实验和现象，无法理解用“托里拆利实验”测量大气压大小的原理，在之后的练习中就容易出现解题困难的情况。因此，仍然有必要给学生演示“托里拆利实验”。鉴于该实验的不足，进行了一些改进。

1    实验装置图（图1）

2    实验原理

将玻璃管注满水银后竖立，玻璃管内没有空气，随着水银柱的下降，管内水银液面的上方形成真空，管外水银液面受到大气压强，大气压支撑管内的水银，管内水银柱的压强等于大气压强。根据公式p=ρgh得到大气压强的值。

3    材料准备

注射器1个、托里拆利管1个、传统托里拆利管支架1个、红色塑料板、长方形木板1块、黄色贴纸、铁丝、棉线、橡皮管、铜丝、铁皮、刻度尺贴纸、螺丝、螺帽、水银。

4    制作方法

（1）在传统托里拆利管支架左侧的长木板上贴上0～90 cm的刻度尺贴纸。

（2）用红色塑料板剪出指针状，用螺丝安装在刻度尺0刻度处。

（3）在刻度尺面上挖出长条形小槽，用红色塑料板剪出长指针状，并用螺丝、螺帽安装在小槽上，且整个指针能在小槽中上下移动。（图2、图3）

（4）在刻度板的背后安装用木板制成的长方体背景板，并用黄色贴纸贴上颜色。

（5）在背景板正面上画一条红色的竖直线，用作托里拆利管竖直的标准线。

（6）在红色竖直线的上方安装一个铁圈，用于固定竖直的托里拆利管。

（7）在背景板的后面固定一条一端系铁圈的细线，用于固定倾斜的托里拆利管。

（8）拿掉注射器活塞，在注射器管壁上安装一块打了2个小孔的铁皮片。

（9）将注射器管口与托里拆利管口用橡皮管连接，组合成一个U型连通器。（图4）

（10）用细铁丝制作2枚铁丝钩。

（11）在支架左侧的长木板挖出一层夹缝。

（12）将注射器上的铁皮片插在上述的夹缝中，并将铁丝钩穿入铁皮片的2个小孔中，固定注射器。

（13）将整个连通器安装在支架上。

5    实验步骤及现象

（1）拆下托里拆利管，将一根铜丝伸入连通器中直到托里拆利管底，以便倾倒水银时管中的空气容易顺着铜丝排出管外。

（2）从连通器管口处将水银灌入，此时不断地抖动托里拆利管，加快空气出来的速度，直至注射器中有水银为止。

（3）抽出铜丝，将装满水银的托里拆利管装回支架上，与背景板中的竖直线重合，并用上方的铁圈固定。

（4）调节连通器左边注射器的高度，使其内的水银液面对准0刻度线。

（5）当管中水银柱稳定后，调节刻度板上的长指针，与托里拆利管中水银液面对齐，读出水银柱的高度，此高度的水银柱产生的压强大小就为此刻大气压強的大小。（图5）

（6）改变托里拆利管的倾斜角度，并用背景板后面的铁圈固定，观察水银柱的高度，发现高度不变。（图6）

6    设计特色

（1）用注射器、托里拆利管和橡皮管组装成U型连通器，防止灌水银时水银溢出，大大降低了人体与水银接触的可能性，提高安全性。

（2）灌水银前在管中插入铜丝，以便倾倒水银时，管中的空气容易顺着铜丝排出管外。

（3）背景板正面的竖直线和铁圈，解决了玻璃管竖直时无法固定的问题。

（4）背景板背面带铁圈的细线解决了玻璃管倾斜时无法固定的问题。

（5）U型连通器可拆卸，便于实验结束后倾倒水银以及清洗。

参考文献：

[1]袁运开.义务教育教科书科学八年级上册[M].上海：华东师范大学出版社，2014：48.

（栏目编辑    王柏庐）