對“估測大氣壓的值”實驗的創新

高 靜

（江西師范大學物理與通信電子學院，江西 南昌 330000）

1 教科書上估測大氣壓強的實驗

滬粵版8年級下冊第8章第3節中的估測大氣壓的實驗裝置如圖1所示.

教科書上的實驗步驟如下.

（1）先把注射器的活塞推至頂端，把管內的空氣排出，用橡皮帽把它的小孔堵住.

（2）在活塞下端懸掛鉤碼，并逐漸增加鉤碼數量，直到活塞將開始被拉動時為止，記下此時鉤碼的質量m.

（3）測量活塞的直徑并計算面積S.

圖1 實驗裝置

用上述方法所測得大氣壓的值與標準大氣壓相差很大，讓很多教師產生了挫敗感，只好用講實驗來代替做實驗.學生缺乏實驗的支持，大氣壓的大小在他們的大腦里只是一串數字，沒有任何意義.為了讓學生體驗大氣壓的大小，把該實驗改為學生分組實驗.并對該試驗進行了誤差分析，以提高大氣壓測量值的準確性.

2 實驗誤差的分析

誤差產生的原因如下.

（1）把注射器的活塞推至頂端時，不能把針筒頂端圓柱性小孔內的空氣排除，這部分空氣作用在注射器的活塞上會對活塞產生一個向下的推力.

（2）注射器的活塞與針筒之間存在摩擦力.

（3）鉤碼的質量有固定的值，拉動注射器的活塞時所需的拉力不一定是鉤碼的整數倍.

（4）由于實驗是在豎直方向上進行，活塞的自重也會影響測量值的準確性.

3 實驗的改進

（1）實驗器材：水槽，適量的水，60mL和5mL的注射器，醫用輸液管，適量的沙子，塑料袋，自制掛鉤，彈簧測力計，細繩，電子秤.

（2）實驗裝置：如圖2所示.

圖2 實驗裝置

（3）實驗步驟：

① 先把打點滴用的一小段輸液管套在針筒頂端圓柱形小孔上，再把注射器放入大量的水中，吸入適量的水，把針嘴端豎直朝上并用手指輕彈針筒使水中的氣泡全部跑到注射器的上端的輸液管里，再把活塞推到頂端排除針筒和輸液管里面的空氣.接著把另一個注射器用相同的方法把注射器中的空氣排盡，再在水中把注射器套到輸液管的另一端.

② 在水平方向，用彈簧測力計拉住5mL注射器活塞上的繩套，測出活塞與針筒之間的摩擦力的大小F.

③ 用掛鉤把塑料袋掛在活塞上的繩套上，并逐漸向塑料袋里添加適量的沙子，直到活塞開始運動.

④ 用電子秤稱出活塞和沙子的總質量m.

⑤用化曲為直的方法量出活塞的周長L，并計算出活塞的面積S.

（4）一組學生的測量結果，如表1所示.表1中G表示活塞和沙子的總重量，p為大氣壓值.

表1

實驗結束之后，請學生從理論上計算要使60mL的活塞運動起來應該掛上多重的物體，并用上述實驗器材進行驗證.該環節可以加深學生對大氣壓大小的體會.

4 實驗的創新之處

（1）用一截輸液管和一個注射器代替橡皮帽.橡皮帽的直徑大小很難和針筒頂端圓柱形小孔的直徑大小相吻合，當橡皮帽的直徑小于小孔的直徑時，橡皮帽難以套上小孔；當橡皮帽的直徑大于小孔的直徑時，橡皮帽雖然容易套上小孔，但氣密性不好.在實驗過程中為了減少由橡皮帽引起的誤差需要用一個手指按在小孔上，如圖1所示，這種握法會增加實驗的操作難度.而點滴管的直徑和針筒頂端圓柱形小孔的直徑相吻合，容易套上且氣密性良好.按如圖2的方式進行實驗，操作簡單.

（2）活塞自重所引起的壓強大小的數量級為102，相對于大氣壓標準值的數量級105可以忽略不計，但在實驗過程中還要考慮活塞自重所引起的誤差，有利于培養學生對待科學探究的嚴謹態度.

（3）把活塞與針筒之間的摩擦力的大小測量出來，在分析與論證階段加以考慮，可以把摩擦力引起的誤差減到最少.

（4）實驗器材全部是生活中常見的物體，只需對它們進行簡單的組合就可以進行實驗探究，且操作簡單，實驗容易成功，可以很好地激發學生用身邊的資源來探究物理現象的興趣.

（5）先從理論上計算60mL注射器所能成受的物重，再通過實驗驗證，可以進一步加深學生對大氣壓大小的認識. （收稿日期：2014－12－01）