神奇的連通器

王福生

義務教育課程標準實驗教科書九年級物理第十四章第三節——大氣壓強，教材內容中有一個著名的實驗——托里拆利實驗，我認為這個實驗是中學教科書中最神奇的實驗之一。雖然這個實驗早在三十年前我上初中時就學習過，但在當時和前些年我的教學生涯中一直有一個問題始終縈繞在我的心中，那就是為什么聰明的托里拆利認為760毫米高的汞柱就一定是大氣壓在支撐著？直到2004年在我進行連通器的教學時，有一道習題引起了我的注意，習題的內容是：在一支U形玻璃管的一側注入適量的煤油，另一側注入一定量的鹽水后，這個連通器在靜止時兩側的液面還會在同一水平面上嗎？答案是否定的。于是我又想到，如果U形管的一側是煤油，另一側是水銀，那樣一來，U形管兩側的液面差不是會很大么？馬上我又聯想到了下一節中的托里拆利實驗，想起了一直縈回在我的腦際的那個問題，突然我感覺到，托里拆利實驗不就是一個神奇的連通器嗎？后來我將這一想法和同事們交流，漸漸地得到了大家的認同，我的這一想法有下面的理由：

1. 見圖A，托里拆利管里是水銀柱，水銀柱壓在水銀槽內管中與槽內液面相平的水銀面上，水銀柱的上方是真空，而管外水銀面上卻是大氣壓作用在上面。

2.（見圖B）管外的水銀面上方是大氣層壓在上面，而大氣層上方也是真空。且圖B管內水銀柱上表面上方也是真空，與圖A管內水銀柱上表面上方氣壓相同為0Pa，只不過我們將B圖中的玻璃管向上伸到了大氣層的上表面之上。到此，B圖和A圖實驗環境完全相同，B圖完全可以取代A圖。

3. 由于水銀柱和大氣層的上方都是真空，而下方又都由槽內水銀連通，則大氣和水銀便成了盛在“巨大U形管”兩側密度不同的兩種物質（見圖C），并且都處在上方是真空的相同環境中，則我們根據連同器原理不難想到，這個理想中的“U形管”一側的大氣壓強和另一側的水銀柱的壓強處于一種平衡狀態，即連通器的原理——壓強相等。

4. 到此我們便可以認為這個理想中的“U形管”就相當一個上端開口下端相聯通的容器，與我們常見的連通器不同的不過是一個是上方為真空環境，一個是上方為空氣環境而已。

后來，我將這一想法運用到教學中，用它來為學生解答托里拆利實驗的問題，得到了學生的認可。

（責任編輯 史玉英）