顯示大氣壓力的兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)

吳國(guó)勇

在“大氣的壓強(qiáng)”的教學(xué)中，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和自主性學(xué)習(xí)體驗(yàn)到大氣壓強(qiáng)的存在是這節(jié)課的重點(diǎn)，也是引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)大氣壓強(qiáng)存在的關(guān)鍵.而教材中的演示實(shí)驗(yàn)是有限的，能夠演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)也不少，但是有些演示實(shí)驗(yàn)不是實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、效果差，就是成本高，或者費(fèi)時(shí)等等，如馬德堡半球模擬演示實(shí)驗(yàn)，將兩個(gè)半球?qū)υ谝黄穑缓笥贸闅鈾C(jī)將中間的空氣抽出，這就需要較長(zhǎng)的時(shí)間.由于儀器老化，半球的密封性變差，使得球內(nèi)的空氣也不易抽盡，導(dǎo)致學(xué)生在拉球時(shí)不用費(fèi)很大的力就可以把半球拉開，不能反映大氣壓有很大壓力的物理事實(shí).因此，需要物理教師挖掘?qū)嶒?yàn)資源，引導(dǎo)學(xué)生到生活中去找原型，用創(chuàng)新的教學(xué)手段，展示生動(dòng)、有趣、明了、簡(jiǎn)捷的氣壓應(yīng)用實(shí)例，以加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們的觀察能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維能力.

本文介紹兩個(gè)大氣壓應(yīng)用的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn).

1一張報(bào)紙的力量

報(bào)紙是一種常見(jiàn)的學(xué)習(xí)資料，用報(bào)紙做實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有特別的新鮮感，筆者用報(bào)紙做的實(shí)驗(yàn)接近10個(gè)，用報(bào)紙演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)就是其中的一個(gè).請(qǐng)看“一張報(bào)紙的力量”的演示實(shí)驗(yàn).

[實(shí)驗(yàn)器材]

幾根約1 m長(zhǎng)的同規(guī)格木板條、一張大報(bào)紙、小鐵錘先把一根長(zhǎng)約1 m、厚度約5 mm、寬約50 mm的薄木板條，放在平整的桌面上，木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊，用小鐵錘猛力敲擊薄木板條，瞬間薄木板條迅猛向上跳起，薄木板條只是有點(diǎn)受損而并沒(méi)有敲斷.再取一根同樣規(guī)格的長(zhǎng)約1 m、厚度約5 mm、寬約50 mm的薄木板條，放在平整的桌面上，木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊（如圖1所示），再取一張完好無(wú)損的報(bào)紙，把這張報(bào)紙覆蓋鋪在平整的桌面及木板條上，用手把報(bào)紙抹平，使報(bào)紙盡可能貼近桌面.然后舉起你的右手對(duì)準(zhǔn)露出部分木板條的一端，用力快速向下劈（也可以用小鐵錘敲擊，如圖2所示），“啪”的一聲，木板條露出的部分在桌面邊緣處折斷了，而鋪在桌面上的報(bào)紙和木板條紋絲不動(dòng)（如圖3所示）.精彩實(shí)驗(yàn)效果、鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比，不僅給學(xué)生留下深刻的印象，而且激起學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望：為什么報(bào)紙會(huì)有這么大的壓力？原來(lái)是大氣壓在暗中幫了大忙.因?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)是每平方厘米1千克（力），一張報(bào)紙上的大氣壓力非常之大.雖然報(bào)紙的上下表面都存在大氣壓力，但是在極短的時(shí)間內(nèi)要使報(bào)紙?zhí)鹕韥?lái)，上表面的大氣壓力就顯現(xiàn)出來(lái)了.就好比站在水里的人，他前后都有水的壓力，但是要他在水里快速奔跑能做到嗎？

學(xué)生對(duì)水里有較大的壓力或阻力還是有一定的感性認(rèn)識(shí)的，但對(duì)大氣壓強(qiáng)的存在及其數(shù)值較大缺乏認(rèn)識(shí)，這有幾方面的原因：一是空氣的密度相對(duì)于水的密度要小得很多很多，因此人們對(duì)空氣缺乏視覺(jué)和觸覺(jué)的感受；二是人們一直生活在空氣之中，體內(nèi)、體外都存在氣壓，隨時(shí)隨地都存在氣壓平衡狀態(tài)，所以缺乏對(duì)大氣壓的感受認(rèn)識(shí)；三是我們看到的周圍物體運(yùn)動(dòng)速度都是比較小的，氣體的流動(dòng)又比較快，因而對(duì)因運(yùn)動(dòng)而表現(xiàn)大氣壓對(duì)物體的作用力就多見(jiàn)了.其實(shí)，我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就能做出類似“一張報(bào)紙的力量”的實(shí)驗(yàn).把一個(gè)較輕、較大又較硬的薄片沿著垂直于薄片平面的方向突然快速移動(dòng)，你就能明顯感受到大氣壓力的作用了.

我們?cè)诮o學(xué)生演示創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的目的，不是完全為了滿足學(xué)生的感受刺激，而是要用新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而使學(xué)生全神貫注地投入學(xué)習(xí)環(huán)境中.教師不僅要把演示實(shí)驗(yàn)做得精彩，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理分析得明了，使學(xué)生理解現(xiàn)象的本質(zhì)，捷徑地掌握新知識(shí)，并且在技能上、創(chuàng)新思維能力有所提高.

2吹塵球形變

物體受力就會(huì)產(chǎn)生形變，撤銷外力后，有的物體能恢復(fù)原狀，有點(diǎn)物體不能恢復(fù)原狀.能夠恢復(fù)原狀的是彈性形變.吹塵球就是根據(jù)彈性形變的性質(zhì)用彈性較好的橡膠制成的特殊用具（如圖4所示），鐘表修理師傅利用它可以在狹小的空間吹走灰塵，如修理機(jī)械表時(shí)，要清除表內(nèi)的灰塵等雜物.吹塵球是學(xué)生不常見(jiàn)物品，但由于它的形狀和材料性質(zhì)的特殊性，借助這個(gè)物品演示大氣壓強(qiáng)的作用有其獨(dú)特的功效.

稍微用力捏吹塵球時(shí)，它會(huì)立刻變形，并有空氣從噴嘴口排出，撤銷對(duì)它的捏力，它又恢復(fù)原狀.因?yàn)榇祲m球的尖端是開口的，它的內(nèi)部和外部是連通的，都是一個(gè)大氣壓強(qiáng)，因此大氣壓強(qiáng)對(duì)它的內(nèi)、外表面產(chǎn)生的壓力相等，當(dāng)施加的壓力（捏力）大于恢復(fù)形變的彈力時(shí)，它就發(fā)生形變（向內(nèi)變小），當(dāng)施加的壓力變小或撤銷時(shí)，橡膠因形變產(chǎn)生的彈力使吹塵球恢復(fù)原狀.演示現(xiàn)象表明：吹塵球是容易產(chǎn)生變形的，也容易恢復(fù)原狀的物體.

但是，如果在施加壓力（捏力）前或形變后用手指壓緊吹塵球的尖端，就會(huì)別樣的現(xiàn)象.當(dāng)在施加壓力（捏力）前用手指壓緊吹塵球的尖端時(shí)，再用另一只手使勁捏吹塵球，它只發(fā)生微小變形.此時(shí)顯得很難形變.產(chǎn)生這一現(xiàn)象原因跟前面敞著口的氣球?yàn)楹尾蛔冃≡硎窍嗤模荛]在吹塵球內(nèi)的氣體體積變小時(shí)，氣體壓強(qiáng)就會(huì)變大，而吹塵球外的大氣壓不變，所以吹塵球不容易變形，這就跟打足氣的輪胎能夠承受幾噸壓力的道理是一樣的.

如果在吹塵球發(fā)生形變時(shí)用手指壓緊吹塵球的尖端，再撤銷對(duì)吹塵球的壓力，此時(shí)吹塵球就無(wú)法恢復(fù)原狀（如圖5所示）.怎樣解釋這一現(xiàn)象呢？把這個(gè)問(wèn)題交給學(xué)生探究，并要求學(xué)生利用身邊的物品演示類似的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

九年級(jí)學(xué)生的認(rèn)識(shí)感性多于理性，學(xué)習(xí)的動(dòng)力和熱情大多來(lái)自他們的興趣.而物理教學(xué)又以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)幾乎始終伴隨著整個(gè)教學(xué)過(guò)程，所以，實(shí)際教學(xué)中，在注重知識(shí)邏輯的同時(shí)，應(yīng)重視學(xué)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和心理特點(diǎn)，把學(xué)生對(duì)生活中物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)與掌握物理知識(shí)結(jié)合起來(lái)，加強(qiáng)學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)和親身體驗(yàn)教學(xué)，這就需要教師在教學(xué)方法上和教學(xué)手段上不斷創(chuàng)新.