關于大氣壓的測量課堂演示實驗的創新研究

夏小煙

摘 要：物理八年級下冊（人教版）教科書中，大氣壓的測量實驗（托里拆利實驗）利用水銀測量大氣壓強，由于水銀對人體有害，因此，課堂上通常采用播放視頻動畫的形式演示該實驗。針對該實驗，做了創新改進，用水替換水銀，用帶鋼絲的水管代替玻璃管，測量大氣壓強。

關鍵詞：測量大氣壓強；初中物理；課堂演示實驗；創新研究 《義務教育物理課程標準（2011年版）》中指出：實驗教學是物理教學的重要組成部分，是落實物理課程目標，全面提高學生科學素養的重要途徑，要發揮實驗在物理教學中的重要作用。因此，演示實驗以及學生自己動手實驗，在課堂上顯得尤其重要。特別是演示實驗，讓學生親眼目睹，親身經歷實驗過程，增強學生學習物理的興趣，加深學生對物理知識的理解。課堂演示實驗讓學生養成尊重客觀事實的學習習慣，因此要爭取在課堂上，把演示實驗開出率提高到100%；確實沒辦法在課堂上演示的實驗，則利用多媒體演示代替。

物理八年級下冊（人教版）教科書中的托里拆利演示實驗，利用水銀測量大氣壓強，由于實驗用的水銀對人體有危害，所以教科書中注明“錄像”，長期以來，教師們都是播放視頻、動畫等代替該實驗的，針對這一問題，筆者經過深思熟慮，用水代替水銀，用帶鋼絲的水管代替水銀測量大氣壓強，測出的大氣壓強值相對比較準確。

下面筆者將介紹“用水測量大氣壓強”的實驗器材。

制作所用的原材料很簡單，也很容易在市場的五金店找到，分別是：抽水泵一臺（抽程為20m），15m帶鋼絲水管一段，水閥開關三個，活接一個，鋼圈四個，普通PVC水管一米，活接三個，密封膠水一瓶。制作過程如下：步驟一，把普通PVC水管剪成四段，其中兩段為0.2米，另兩段為0.3米。步驟二，0.2米的兩段普通PVC水管涂上密封膠，插進鋼絲水管兩端，并用鋼圈固定死。步驟三，兩個水閥開關接到鋼絲水管兩端的普通PVC水管上，這兩個水閥是用來控制水進出的（如圖1所示）。步驟四，在活閥的其中一端再接一個活接，此段用來連接到抽水機的進水口處（如圖2所示）。步驟五，兩根0.3米的PVC水管分別接到抽水泵的進水口和出水口處，并在進水口的PVC水管上接活接，此處用來與鋼絲水管連接；在出水口的普通水管上裝上水閥開關。一套用水測量大氣壓強的器材就此完成（如圖3所示）。

要進行實驗，除了以上介紹的器材外，還需要一個30L的水桶和一把30米長的卷尺。實驗前，把水桶裝滿水，并倒入紅墨水給清水染色，便于實驗過程中進行觀察。接著把鋼絲管接到抽水機進水口處，利用抽水機抽水把鋼絲管灌滿水。注意抽水過程中，要把鋼絲管內的空氣排干凈；而且抽水機所放位置必須比鋼絲管任何一個位置都要高，抽水機和水桶之間有兩到三層樓的高度差。裝滿水后，重新把水桶裝滿用紅墨水染色的水，并把鋼絲管兩端的水閥開關關閉，其中一端固定在五樓，緩緩從五樓放下，另一端放到一樓裝滿紅墨水的水桶中。

一切準備就緒，就可以進行演示實驗。把水桶里的水閥開關打開，就可以看到水管上端的水緩緩下降，等到鋼絲管中液柱液面下降平穩后，就可以進行測量。從鋼絲管液柱液面處開始下放卷尺，測量水桶液面到鋼絲管液柱液面的高度，記作“h”，h=10.045m（如圖4所示），則利用公式p=ρgh=1000kg/m×10N/kg×10.035m，求出大氣壓強為100350Pa。利用這一方法測量出的大氣壓跟標準大氣壓是非常接近的，說明這一方法準確度很高。

把水管垂直放置，是最基本的實驗做法，在這基礎上改變實驗方式，多提一些相關問題，可以發散同學們的思維，加深學生對大氣壓的理解。例如：（1）把水管傾斜放置，（如圖5所示）可以看到液面高度是沒有發生變化的，測量出的h與垂直時測量的h幾乎是一致的，老師可以啟發學生思考“是否可以測量裝有水的水管長度當做h”。（2）把水桶放置在二樓，從六樓下放水管做演示實驗，啟發學生思考此時應該怎樣測量h，應該是液柱液面到水桶液面的垂直距離，還是液柱液面到地面的距離。（3）做完實驗后，把上端水閥開關打開，則可以看見鋼絲管的水流出，直到與桶中液面相平，可以啟發學生思考為什么會出現這樣的現象，引導學生利用剛剛學的大氣壓的知識進行解釋。（4）如果用汽油、煤油或者食用油代替水，h是否會發生改變，引導學生結合液體的密度，算出對應的結果，甚至可以在算出結果后再用相關液體做實驗進行驗證。

該創新實驗中，用水代替水銀，可以有效避免做實驗過程中水銀帶來的危害，教師隨時可以在課堂上進行演示，有效地改變課堂上只是播放視頻演示托里拆利實驗的現狀。在制作器具，演示前準備，以及演示過程中，都可以鼓勵學生參與其中，讓學生真正做到動手動腦學物理，提高學生學習的積極性，激發學生學習物理的興趣。

另外，該實驗必須在教室外面完成，課堂上演示時，學生就可從教室轉移到教室外，既豐富了物理課堂的形式，也讓學生經歷了觀察物理現象的過程，能簡單描述所觀察物理現象的主要特征，能在觀察和學習中發現問題，深刻地體會到大氣壓的存在，更好地了解大氣壓。也可以選擇放學、課間時間以及以第二課堂的形式進行演示；甚至以興趣班的形式，把整個制作過程以及演示過程都交給學生去完成，豐富學生的課余生活。

參考文獻：

張大昌.新課程理念與初中物理課程改革[M].長春：東北師范大學出版社，2002.

注：本文是廣州市教育科學規劃課題青年專項課題，初中物理課堂演示實驗的創新研究（課題編號：1201554123）的成果。

？誗編輯 李博寧