“体验大气压强的存在”实验创新设计①

孙红文

(江苏省南京市溧水区东庐初级中学，江苏 南京 211200)

1 研究背景

苏科版物理八年级下册第十章第三节“气体压强”中“体验大气压强的存在”是教学的重点,课标要求：知道大气压强及其与人类生活的关系。教材在“观察与思考”栏目中设计了如下的实验步骤与问题(图1)。

图1

(1) 在易拉罐中注入少量的水；

(2) 用酒精灯对易拉罐进行加热,待罐口出现白雾时,将罐口堵住；

(3) 撤去酒精灯,让易拉罐冷却。

问题：你观察到什么现象?这一现象说明了什么?

本实验为演示实验，离学生的生活经验较远，学生会感觉有些害怕，并未真正地“体验”到大气压的存在，导致学生半懂半疑，对“是‘大气压’把易拉罐压扁了”留有疑问。笔者利用手边的玻璃杯，引导学生进行创新设计，设计了多个有趣的小实验。

2 实验过程与探讨

(1) 如图2所示，用嘴吸住玻璃杯,松开手后，玻璃杯不下落。

图2

(2) 如图3所示，在玻璃杯中灌满水，用纸片盖住，然后倒过来，水不会流出，纸片也不会下落。

图3

(3) 如图4所示，将少许热水倒入玻璃杯中摇晃几下,倒掉热水，倒扣在平面镜上，拎起杯子，平面镜被吸起。

图4

(4) 如图5所示，将少许热水倒入玻璃杯中摇晃几下,倒去热水，倒扣在另一只空玻璃杯口上(为使效果更佳，可在杯口抹上一些水)，拎起杯子，另一只玻璃杯也被提起。

图5

(5) 如图6所示，将少许热水倒入玻璃杯中摇晃几下,倒去热水，用手掌压在杯口，静置一段时间(可放入装有冷水的水槽中迅速冷却),抬起手掌，可观察到玻璃杯不下落。

图6

(6) 如图7所示，在玻璃杯中装入部分水，把空纸杯压入杯内，迅速倒置，纸杯和水都不会掉落；接着，用吸管尖端将纸杯底部戳破，纸杯和水都会掉下来。

图7

(7) 如图8所示，在玻璃杯口盖上一块塑料薄膜，用吸管从杯中吸气，可以看到塑料薄膜向内凹。

图8

通过实验演示，根据观察到的实验现象，教师提出问题串，引导学生思考，以图2中实验为例，问题如下：你看到了什么现象？是什么力托住了玻璃杯？实验说明了什么？

在实验中，运用了简单易操作的方法：用嘴(或吸管)吸出杯内气体、倒入(热)水排出空气等，使杯内的气压小于杯外的大气压，在大气压的作用下产生一些意想不到的结果：“吸”住了玻璃杯和平面镜、“吸”进了塑料薄膜、托住了纸片和纸杯等，这一切都证明了大气压强的存在。

实验成功的关键因素为杯内外有较大的气压差。从实验现象来看，看似违背常理(嘴巴、掌心等都能提起空杯、一张纸片也能托住满满一杯水等)，实则隐含着一个物理原理，既证明了大气压强的存在，又激发了学生的探索热情。

从实验选材来看，学生可以利用生活物品完成实验探究。从能力培养角度来看，依据实验原理，操作简单方便，只要能使杯内外产生一定的气压差就能完成此实验，培养了学生的思维、实验设计和动手等能力。如图7所示的实验有创新性，运用了逆向思维方法，从现象和结论的对立面有力地证明了大气压的存在，根据“用吸管尖端把纸杯底部戳破，纸杯和水都会掉落”现象来证明，原先实验中如果不是大气压的作用，则纸杯和水都会掉下来。还有，图8所示实验利用了转换思维方法，让学生通过“塑料薄膜向内凹”的现象仿佛“看到了”大气压，且吸力越大，内凹越明显。让学生通过对现象的观察与分析，概括出现象背后的科学本质，培养学生同中求异、异中求同的思维能力，能够从多个现象中进行归纳与总结。在教学中，教师可依据生活情景、实验活动提出具有一定思维含量的问题，以培养学生的观察、分析、归纳能力等。

图9

3 结语

物理学家劳厄说过：“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学过的东西都忘掉后所剩下的东西。”在教学中以玻璃杯为抓手，师生共同设计了关于“大气压存在”的7个小实验。当然还可以利用其他器材进行探究，比如利用矿泉水瓶、塑料吸盘、针筒等，贴近学生的生活实际，拉近了物理与生活之间的距离。这样，既达成了教学目标，也让学生的核心素养与关键能力在开放的时空中得到发展。