“大氣壓強”一課實驗改進與創新研究

摘要：利用生活中的常見器材，對傳統的瓶吞蛋實驗和覆杯實驗進行實驗改進，并引導學生用多種實驗方案粗測大氣壓值，發散學生的創新思維.

關鍵詞：實驗改進;實驗創新;不足;優勢;實驗細節

作者簡介：劉培培（1982-），女，山東煙臺人，本科，中學二級教師，研究方向：初中物理教學.

1實驗改進與創新背景

“大氣壓強”是魯教版初中物理八年級下冊的內容，由于大氣特殊的存在形式——看不見摸不著，學生理解起來比較抽象，為了證明大氣壓強的存在，幫助學生直觀，形象的認識和理解大氣壓強，本節課需要通過大量演示實驗感知大氣壓的存在，但傳統的瓶吞蛋實驗，實驗現象的時間很短，不易觀察，覆杯實驗易讓學生產生錯解，認為卡片不掉落是因為被水黏住的，所以要對這兩個傳統實驗進行改進.雖然托里拆利實驗已準確測出了大氣壓的值，但是水銀有毒，不能進行分組實驗.考慮到初中生具有強烈的好奇心，求知欲和表現欲，喜歡動手和動腦，所以嘗試利用生活中的常見物品，對本節課粗測大氣壓的方案進行實驗創新.

2實驗創新研究

2.1創新實驗一： 水往高處流

2.1.1實驗目的

打破以往“水往低處流”的經驗主義，引起學生的認知沖突，激發學生強烈的求知欲.

2.1.2實驗器材

輸液玻璃瓶，輸液管，水槽，100ml容積的注射器

2.1.3操作方法

將輸液玻璃瓶、輸液管、注射器（如圖1所示）組裝好，用注射器將玻璃瓶中的氣體抽出一部分，關閉活塞，然后將輸液管插入水槽中，打開活塞，可以觀察到水像噴泉一樣噴入瓶中（如圖2所示），及時提問：“是什么力量使水從低處流向高處呢？”引入課題.課后拓展：閑置管的作用，打開活塞開關，剛開始水往外流，但是過一會水不向外流了（如圖3所示），再打開上邊的扣，水繼續流出（如圖4所示），學生易明白輸液裝置閑置管的作用.

2.1.4實驗細節

（1）提前將注射器的活塞在熱水中浸泡一會兒，可以提高裝置的氣密性.

（2）用帶扣輸液器代替有閑置管的輸液器，增加實驗的神秘感，操作方便和講解閑置管的作用.

2.2創新實驗二：粗測大氣壓

2.2.1實驗目的

學生分組粗測大氣壓值，經歷科學探究過程，多種實驗方案發散思維.

2.2.2傳統實驗的不足

雖然托里拆利實驗已經準確測出大氣壓的大小，但水銀有毒，學生不能進行分組實驗，學生缺少探究測量大氣壓值的體驗.傳統實驗借助的是彈簧測力計，玻璃板，吸盤和刻度尺，需要測出吸盤的面積和吸盤脫落瞬間彈簧測力計的讀數，但吸盤脫落瞬間時間非常短，讀數不準確;吸盤脫落瞬間的面積遠小于吸盤的面積，誤差非常大;實驗室中彈簧測力計的量程最大為10N，量程不足.這些因素會導致學生不能親自測量大氣壓的大小，非常遺憾.

2.2.3創新實驗

（1）實驗器材：體重秤（量程90kg）、大水桶、水、玻璃板、吸盤、電子秤（量程50kg）.

（2）小組設計實驗方案如下：

方案一：將吸盤蘸水后擠壓在桌面上，用電子秤豎直向上拉吸盤，吸盤剛好脫落時讀出示數F拉，此時大氣壓力等于拉力，用刻度尺測出吸盤脫落時的直徑，從而算出吸盤脫落時的橫截面積S;根據p=F拉S算出大氣壓強.

方案二：將吸盤蘸水后用力擠壓在玻璃板上，吸盤上掛一個塑料桶，不斷的往桶里加水，當吸盤剛好脫落時，用體重秤測出桶和水的總質量m，根據G=mg求出水和桶的總重，此時大氣壓力等于重力;根據p=GS算出大氣壓強.

方案三：讀出注射器帶刻度的容積V，用刻度尺測出帶刻度部分的長度L，則面積S=VL，將注射器活塞推到底部，空拉活塞，讀出活塞剛好被拉動時的最大靜摩擦力為f最大靜，再將活塞推到注射器底部，堵住小孔，活塞剛好拉動時讀出拉力F拉，則大氣壓力F壓=F拉-f最大靜，根據p=（F拉-f最大靜）LV計算出壓強.

（3）進行實驗并收集數據

2.2.4實驗細節

（1）改進實驗器材

用電子秤代替彈簧測力計，電子秤量程較大，吸盤脫落瞬間直接顯示示數，易讀數;

（2）進一步減小實驗誤差

①精算吸盤面積

吸盤外側一圈內外大氣壓相通，測量時要去除這部分面積（如圖11所示）.大氣壓力作用的這部分吸盤的面積在吸盤脫落瞬間是變化的，用坐標紙多次實驗得到拉動瞬間時的面積（內圈面積如圖12所示），大大減小了實驗誤差.

②測量最大靜摩擦力

方案三中，活塞被拉動瞬間不僅存在拉力和大氣壓力，還有最大靜摩擦力，空拉時測出最大靜摩擦力，在很大程度上減小了實驗誤差.

3實驗改進研究

3.1改進實驗一：瓶吞蛋實驗

3.1.1實驗目的

證明大氣壓強的存在，使實驗效果更明顯.

3.1.2傳統實驗的不足之處

傳統實驗用廣口瓶和雞蛋進行實驗，實驗現象時間較短，來不及觀察就結束了;其次廣口瓶受熱不均勻，不能向瓶底澆熱水取出雞蛋，雞蛋不能重復利用，造成資源浪費.

3.1.3改進后實驗過程

先將燒瓶浸沒在熱水中片刻，放上鵪鶉蛋，再浸沒在涼水中，可以看到蛋慢慢的向下運動，最后被“吞”入瓶中（如圖13所示）;再將燒瓶倒置在鐵架臺上，向燒瓶底部澆熱水，蛋又會慢慢“吐”出來（如圖14所示）.

3.1.4實驗細節

（1）蛋要新鮮，最好提前浸泡在熱水中，減小“吞吐”時的摩擦力.

（2）冷熱水溫差要大一些.

3.2改進實驗二： 覆杯實驗

3.2.1實驗目的

糾正學生的錯誤認識，證明大氣壓強的存在.

3.2.2改進后實驗過程

實驗器材借助注射器、廢棄的卡片進行實驗.如果卡片是被水黏住的，堵住小孔和松開小孔卡片都應該不掉落.實驗現象：堵住注射器頂端小孔，卡片不下落;松開堵住的手，卡片下落（如圖15所示）.實驗現象有力地證明了大氣壓的存在，糾正了卡片是被水黏住的錯誤認識.

3.2.3實驗細節

要想證明卡片不是被水黏住的，只需在瓶的底部打一小孔即可，用針在紙杯底部扎小孔，但是紙杯較軟，手握紙杯中部會使紙杯變形，擠壓導致卡片掉落.扎孔瞬間，卡片很快掉落，學生可能會認為扎孔的力量使卡片掉落，實驗效果不好（如圖16所示），最后選擇注射器克服以上問題.另外，卡片紙太薄被水浸濕后容易變軟，塑料卡傾斜時摩擦力較小易掉落，實驗效果不好，所以選擇硬卡紙進行實驗.

4實驗改進與創新的優勢

4.1取材容易，可操作性強

實驗所用器材均為日常生活用品，簡單易得，可操作性強，讓學生體會到物理與生活是密不可分的.

4.2注意細節，減小誤差

粗測大氣壓的方案中，去除吸盤面積的變化和最大靜摩擦力，大大減小了實驗誤差.

4.3多種方案，發散思維

小組分享不同大氣壓的測量方案，使同學們掌握了更多測量大氣壓的方法.

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