關于托里拆利實驗的幾點思考

龔楊

摘 要：托里拆利實驗是初中物理中很重要的一個實驗，做這一實驗要用到具有一定危險性的實驗材料水銀，因此圍繞這一實驗水銀如何安全使用，水銀能否被其他實驗材料替代，水銀蒸氣如何去除展開了全面思考。

關鍵詞：托里拆利實驗；中學物理教學；實驗材料；改進方法

托里拆利實驗是中學物理中的一個重要實驗，目的在于測量、計算大氣壓強的大小。關于這一實驗，筆者有如下思考：

一、實驗要注意安全

由于實驗使用水銀作為實驗材料，而水銀又極易揮發產生有毒的水銀蒸氣，所以此實驗具有一定的危險性。如果通風條件不好，水銀蒸氣被人體吸入則可能造成汞中毒。所以，該實驗細則就明確規定：實驗應該在通風條件良好處進行，比如通風櫥中。如果不慎將水銀滴落，應先用硫粉覆蓋，使之固化為硫化汞后再清掃。

二、水替代水銀進行實驗是不現實的

在實驗講解之后，學生自然會有疑問：既然水銀有毒且比較昂貴，為什么不使用水作為實驗材料呢？通常情況下，教師會莞爾一笑，進而耐心解釋原因。其實，道理很簡單。根據公式p=ρgh計算可知，如果用水替代760毫米汞柱產生同樣大小的壓強，則水柱高達10.3米，換言之，需用10余米長的玻璃管。這么長的玻璃管，且不論熔融、燒結、吹制的復雜工藝，運輸、貯藏、放置的重重困難，即便是實驗時注滿水后倒置的過程恐怕也要借助高高的腳手架，所以用水替代是不現實的。

網上也有相關的視頻資料，將高達4層樓的特制玻璃管中空氣抽出，人為制造真空環境，將水虹吸上去，再用卷尺測量水柱高度并計算大氣壓強。這在普通實驗室中是無法想象的。

三、水銀這一實驗材料，一定程度上具有不可替代性

在實驗材料的選取上，是否有更合適的物質呢？這個問題恐怕是從當年托里拆利做的第一個實驗至今，一直困擾我們的難題。認真分析起來，滿足本實驗的物質必須滿足以下四個條件：（1）常溫下呈液態。（2）密度足夠大，最好達到1×104kg/m3以上。（3）成本低廉、常見易得，能夠滿足普通實驗需求。（4）無毒無害，環境友好型材料。

但是，常見液體大多密度偏小，即便有個別種類有機物密度稍大，也因粘稠度大，灌注時有氣泡進入或液面下降不順暢而影響實驗結果。所以，目前尚無合適替代物，只能期待新材料早日誕生。

四、水銀蒸氣可用“水膜法”來阻隔、吸收

既然沒有合適替代物，那么只有用水銀，所以當務之急就是設法去除水銀蒸氣。那么，是否可以用“水膜法”來阻隔、吸收呢？即用一層薄薄的液態含硫物質浮于水槽中的水銀面上，利用硫吸收水銀蒸氣。

硫極難溶于水，微溶于酒精，卻易溶于二硫化碳。二硫化碳性質穩定，所以可以用水作為阻隔液，在上面加少量二硫化碳溶液作為吸附劑來吸收水銀蒸氣。但水和二硫化碳必須少量使用，恰能覆蓋水銀面即可，如果太多則可能影響最后實驗結果。

五、若想不用水銀，需要另辟蹊徑

能否設計更好的實驗方法或新穎的實驗裝置？比如，將水銀槽半密封起來收集水銀蒸氣，或者利用比例法測出大氣壓的十分之一，這樣即便用水也可以輕松做這個實驗了。

以上只是本人不成熟的幾點思考，希望可以拋磚引玉，引起更多的科研工作者和教育工作者集思廣益，對托里拆利實驗這個中學物理中重要的經典實驗做出有益的改進與嘗試，爭取早日讓我們的學生能夠人人動手，在課堂上簡單易行地安全完成實驗。

我相信，只要教師多動腦，學生積極參與，我們的初中物理實驗課也會精彩綻放，也會為學生開拓性思維的激發奠定基礎。

參考文獻：

[1]楊全省.應用“二力平衡”原理測量大氣壓力[J].中學物理，2009（6）：47.

[2]馬獻江.巧測大氣壓強[J].初中生世界：八年級物理，2013（Z3）：48-50.

[3]余利軍.科學實驗教學中創造性思維能力的培養[J].中學物理，2014（6）：76-77.

[4]林虎，林曉明.經典實驗 魅力再現：科學解讀“托里拆利實驗”[J].中學物理教學參考，2013（11）：70-71.

[5]焦明.“支架式”教學設計在托里拆利實驗中的運用[J].物理通報，2014（3）：84-85，87.

[6]王偉民.如何讓學生更好地理解托里拆利實驗：托里拆利實驗導入過程摘錄[J].中國現代教育裝備，2013（20）：49-50，52.

[7]王偉民.托里拆利實驗裝置的改進[J].實驗教學與儀器，2012（12）：25-26.

[8]馬獻江.巧測大氣壓強[J].初中生世界：八年級物理，2013（Z3）：48-50.

[9]肖天智.從托里拆利實驗回歸靜液平衡[J].中學物理，2015（14）：28.