一個關于大氣壓強的小實驗及其應用

摘要：驗證大氣壓強的存在的實驗很多，或簡或繁.但有的實驗存在很多爭議.為體現從生活走向物理，從物理走向社會的課程理念，我們著意簡中求勝的實驗探究.“倒不滿的杯子”實驗簡單易行，現象明顯，降低學生認知負荷，并由此遷移到社會生活應用.教師深入透徹理解，教學相長，加強了學科專業能力.

關鍵詞：大氣壓強；家禽自動飲水器；教學相長

作者簡介：董玉新（1972-），女，河北滄縣，本科，中教一級，從事初中理化教科研工作.

基金項目：課題“以生活物品為實驗素材的初中物理教學資源的研究”進入 研究階段.大氣壓強是初中物理的學習難點，概念較為抽象，學生較難理解.學生沒有切身感受就很難利用其原理來解釋生活中的有關現象[1].關于大氣壓強的實驗有很多，“覆杯實驗”、“瓶吞雞蛋”等不勝枚舉，但是這些實驗或多或少存在著一些操作缺憾.前者經常被學生質疑是水潤濕粘住了紙片.所以教師操作要改進為塑料薄片等.后者瓶吞進雞蛋只有在雞蛋的大小與瓶口的尺寸配合得當時才能達到明顯的實驗效果，因而在選擇雞蛋時還需花一番功夫[2].實驗后往往也很難取出雞蛋.造成浪費，只能再想改進辦法.以下實驗被稱為 “倒不滿的杯子”，我們只就這個簡單實驗來進行研究.

實驗目的：驗證大氣壓強的存在

實驗材料：礦泉水瓶一個，玻璃杯一個（要比瓶子的口大）

實驗步驟：

1、把礦泉水瓶裝滿水，再把玻璃杯倒扣在礦泉水瓶上，然后迅速把兩者一起倒立.平穩放下后，觀察到水沒有流出來.

2、把礦泉水瓶往上提一點，瓶中的水流到玻璃杯中，玻璃杯中的水面上升，直至玻璃杯中水面高于瓶口.礦泉水瓶中的水停止流動.

3、再向上提一下礦泉水瓶，當瓶口離開玻璃杯中的水面時，瓶子中的水又會流到杯子里一些，直到玻璃杯內的水沒過瓶口，瓶子里的水就會停止流出.

備注：以上實驗為了便于觀察，我在水中加了一點顏色，因為在廚房完成，我就順手加了一點老抽.大家可以根據自己的身邊物品選擇添加合適顏色.

為了體現從生活走向物理，從物理走向社會的新教學理念.遵循初中生由感性認識上升到理性認識的認知規律[3].我聯想到生活中的家禽自動飲水器.

下圖是一個給雞喂水的裝置-家禽自動飲水器.把白色的壺裝滿水，然后把紅色的底座裝好，然后再倒過來放在地上，小雞就可以喝水了.

雞喝掉一些水，壺里的水就流出來一些.直至白色壺中水用完.

原理解釋：

開始的時候，飼養員只需要灌滿瓶內水，把大口容器倒扣其上即可.然后迅速倒置過來.瓶內水是滿的，瓶內可看做沒有空氣.由于大氣壓強很大，足以支持十米以上的水柱，所以，飼養員在不用手提小瓶的情況下，水不會流出，也就是大容器里沒水，小雞喝不到水.飼養員提一下小瓶，瓶口就進去一部分空氣.根據理想氣體狀態方程PV=nRT，T不變V不變R為常數，n變大，等式右方變大，要求等式左方也要變大.對于瓶內氣體，初始V占據空間不變，所以P瓶內氣體變大，即瓶內氣壓變大，但是外界的大氣壓卻不變.P大氣壓=P瓶內氣體+P水柱，P瓶內氣體↑，要求P水柱↓.所以瓶內水會流出，直到P水柱= P小柱′，滿足新的等式P大氣=P瓶內氣體′+P水柱′，水面不再下降.此時大容器的水位沒過瓶口.雞就可以喝到水了.

當外面的水下降后，瓶口就又進去一部分空氣.重復以上原理，水就又會從瓶內流到大容器里.這時又把瓶口封住了，不再進空氣，又達到平衡.直到瓶子里面的水流完為止.

當然，實際生活中的家禽自動飲水器不盡相同，有所改善.但原理相似.

可見，小實驗大道理.悟物窮理，是物理學科人本特色.我們的教師應該透過現象，吃透本質，教學相長.

多思考多研究，是對教師個人專業素養提升的過程.“教師只有擁有一桶水才能給學生一杯水，這才是我們真正的學高為師.” [4]教師要不斷充電、提高自己的知識層次和思維能力，才能給物理課堂注入源源不斷的“活水”，物理課堂才能蓬勃有活力.

參考文獻：

[1]徐德洪.大氣壓強實驗教學初探[J].學園（教育科研） 2012.第22期.146頁

[2]屈寶珊，全暢 . 瓶吞雞蛋實驗的改進中學物理（初中版）[J].1998.12，20頁

[3]魯佩用.大氣壓強實驗創新設計物理教學探討[J].2014.3月，32卷465期

[4] 尹克榮.談當下部分初中物理教師教學上的專業缺陷[J].2015.11，69頁