“气体的压强”实验教学设计 ①

丁志红

(南京师范大学附属中学树人学校，江苏 南京 210001)

1 引言

实验既是物理教学的重要内容，也是物理教学的重要方式，实验教学在培养学生的物理学科核心素养方面具有不可替代的作用。笔者以“气体的压强”教学为例，探讨物理实验教学设计。

2 “声”“动”中体验大气压的存在

教师用问题引入课题：“我们学过了固体压强、液体压强，那么气体有压强吗？”教师的引导语直奔主题，引发学生的思考。教师将摆在讲台上的10个塑料瓶内依次倒入热水，摇一下、倒掉，盖上瓶盖，迅速将瓶子扔给不同位置的学生，同时将装有少量水的易拉罐用酒精灯加热，待罐口出现白雾后，用橡皮泥堵上罐口，并撤去酒精灯。这期间会不时听到从不同位置传来的“啪、啪”声，还有更惊人的金属罐“啪”的响声，这时再提出问题：你观察到什么现象？这些现象说明了什么？

点评：易拉罐实验是苏科版教材中气体压强部分的一个经典实验，为了让学生能更好地体验大气压强的存在，增加了矿泉水瓶的实验，创设“声”“动”情境。一方面较好地解决了实验中需要等待一定时间的问题，另一方面扔瓶子的举动和“啪”的声音，活跃了课堂气氛。作为引入实验，让学生熟悉的生活物品走进物理课堂。听着响亮的声音，同时看到了变瘪的瓶子和易拉罐，通过视听见识了大气神奇的力量。

3 设计实验验证大气压的存在

课前要求学生自备矿泉水瓶、保温瓶等，向学生展示如图1所示的器材，提出任务：你能选用合适的器材，设计一个证明大气存在压强的实验吗？学生设计出了滴管实验、吸盘实验、覆杯实验等，进而引导学生思考实验的目的所在，通过挤压或吸出空气、密封等方式验证大气压强的存在。

图1

点评：在动手实验中思考使研究对象的一侧有大气、另一侧有少量空气的方式，这是此环节设计的要点。实验中注重科学方法的学习，发挥学生的主观能动性，有学生选择了平口玻璃杯和手机钢化膜的组合，有的选用了冷水，有的选用了热水，还有学生只选用了平口玻璃杯，用嘴巴吸气。虽然途径不同，但都达成了实验目标，运用了等效方法。

4 估测大气压的大小

4.1 马德堡半球实验

引导学生回顾覆杯实验(图2)，大气压强能支撑一定高度的水柱，提出大气压强大小的问题。两只按压在一起的小吸盘能比较轻松地分开，此时拿出大号的橡胶吸盘(图3)，让两位班级公认的“大力士”进行对拉，发现并不像想象中的那么容易拉开，这时再请学生阅读教材上“马德堡半球实验”的介绍(图4)。

图2 图3

图4

点评：用实验创设真实的情境，让学生感知大气压托起的水柱、用力对拉大吸盘等现象，为阅读“马德堡半球实验”的故事做好铺垫，有助于学生认识到：大气作用的面积越大，大气压力越大。

4.2 测量大气压强

图5

点评：选用注射器进行估测大气压的值，是苏科版教材富有特色的实验。为什么选择注射器？这涉及到物理模型的建构，在教学中将其进行拆解，用意是为了明确研究对象。而在实践中发现，市面上的一次性注射器的活塞整体并非圆柱体，故在选择演示教具时选用了大号玻璃注射器，其活塞整体是圆柱体(图5)。而在学生分组实验中，选用的是1mL的注射器，其全部刻度部分的长度约为6cm。学生通过自己的测量，估算出大气压强的值，之后的误差分析也能顺利进行。

教室中的大气压强到底有多大？除了用常规气压计测量外，笔者还采用了DIS实验系统中的压强传感器进行数字化展示。当屏幕上出现大气压的数值时(图6)，学生对大气压强的大小有了进一步的认识。

图6

点评：在此环节引导学生利用注射器估测大气压的值，再用压强传感器进一步展示大气压强的值，对估测中产生的误差进行简单分析，拓展了物理实验教学资源。

5 在知识应用中彰显智慧

5.1 酒器中的物理原理

在教学中笔者介绍了南京博物院举办的“兄弟王：从满城汉墓到大云山汉墓”特展中的文物，这是2000多年前的西汉刘非墓出土的错金银嵌宝石鸟首铜汲酒器，引导学生尝试解释汲酒器的原理。

如图7所示，汲酒器的顶端有一鸟柄，鸟背上有孔，中间柄身修长，内部中空。下端有罐形容器，罐底中心有孔直通上下，与鸟背孔相通。取酒时夹住鸟形首浸入酒缸，待酒灌够之后再用拇指按住鸟背上的小孔，提出汲酒器，此时酒并不会从下面的孔里漏出来。一松一按，就可灵活调节取酒量，巧妙地利用了大气压强的原理，令人叫绝。

图7

点评：利用本地博物院里的文物创设情境，引导同学运用所学大气压知识解释我国古人创制的精巧器具。一方面培养了学生运用物理知识解决问题的能力，另一方面展现了我国古代匠人的高超智慧，以培养学生的文化自信。

5.2 大挑战

你有几种方法能让瓶“吞”蛋？又有几种方法能让瓶“吐”蛋？让学生分组进行研究、交流、展示。

点评：拿出平底烧瓶和适量的鹌鹑蛋(图8)，引导学生提出实验方案，动手做一做。这个活动能有效激发学生的探究热情，拓展其知识的深度和广度。如在“吞蛋”环节，有学生提出用热水排出瓶内空气、用酒精灯加热圆底烧瓶、用点燃的酒精棉消耗瓶内氧气等方法；在“吐蛋”环节，有同学提出用开水烫瓶底、用力甩烧瓶、从瓶口吸蛋，甚至还有同学提出往瓶内吹气等方法。学生运用大气压强的原理，各显其能，方案多样，培养了学生的创新思维能力。

图8