“體驗大氣壓強的存在”實驗創新設計①

孫紅文

(江蘇省南京市溧水區東廬初級中學，江蘇 南京 211200)

1 研究背景

蘇科版物理八年級下冊第十章第三節“氣體壓強”中“體驗大氣壓強的存在”是教學的重點,課標要求：知道大氣壓強及其與人類生活的關系。教材在“觀察與思考”欄目中設計了如下的實驗步驟與問題(圖1)。

圖1

(1) 在易拉罐中注入少量的水；

(2) 用酒精燈對易拉罐進行加熱,待罐口出現白霧時,將罐口堵住；

(3) 撤去酒精燈,讓易拉罐冷卻。

問題：你觀察到什么現象?這一現象說明了什么?

本實驗為演示實驗，離學生的生活經驗較遠，學生會感覺有些害怕，并未真正地“體驗”到大氣壓的存在，導致學生半懂半疑，對“是‘大氣壓’把易拉罐壓扁了”留有疑問。筆者利用手邊的玻璃杯，引導學生進行創新設計，設計了多個有趣的小實驗。

2 實驗過程與探討

(1) 如圖2所示，用嘴吸住玻璃杯,松開手后，玻璃杯不下落。

圖2

(2) 如圖3所示，在玻璃杯中灌滿水，用紙片蓋住，然后倒過來，水不會流出，紙片也不會下落。

圖3

(3) 如圖4所示，將少許熱水倒入玻璃杯中搖晃幾下,倒掉熱水，倒扣在平面鏡上，拎起杯子，平面鏡被吸起。

圖4

(4) 如圖5所示，將少許熱水倒入玻璃杯中搖晃幾下,倒去熱水，倒扣在另一只空玻璃杯口上(為使效果更佳，可在杯口抹上一些水)，拎起杯子，另一只玻璃杯也被提起。

圖5

(5) 如圖6所示，將少許熱水倒入玻璃杯中搖晃幾下,倒去熱水，用手掌壓在杯口，靜置一段時間(可放入裝有冷水的水槽中迅速冷卻),抬起手掌，可觀察到玻璃杯不下落。

圖6

(6) 如圖7所示，在玻璃杯中裝入部分水，把空紙杯壓入杯內，迅速倒置，紙杯和水都不會掉落；接著，用吸管尖端將紙杯底部戳破，紙杯和水都會掉下來。

圖7

(7) 如圖8所示，在玻璃杯口蓋上一塊塑料薄膜，用吸管從杯中吸氣，可以看到塑料薄膜向內凹。

圖8

通過實驗演示，根據觀察到的實驗現象，教師提出問題串，引導學生思考，以圖2中實驗為例，問題如下：你看到了什么現象？是什么力托住了玻璃杯？實驗說明了什么？

在實驗中，運用了簡單易操作的方法：用嘴(或吸管)吸出杯內氣體、倒入(熱)水排出空氣等，使杯內的氣壓小于杯外的大氣壓，在大氣壓的作用下產生一些意想不到的結果：“吸”住了玻璃杯和平面鏡、“吸”進了塑料薄膜、托住了紙片和紙杯等，這一切都證明了大氣壓強的存在。

實驗成功的關鍵因素為杯內外有較大的氣壓差。從實驗現象來看，看似違背常理(嘴巴、掌心等都能提起空杯、一張紙片也能托住滿滿一杯水等)，實則隱含著一個物理原理，既證明了大氣壓強的存在，又激發了學生的探索熱情。

從實驗選材來看，學生可以利用生活物品完成實驗探究。從能力培養角度來看，依據實驗原理，操作簡單方便，只要能使杯內外產生一定的氣壓差就能完成此實驗，培養了學生的思維、實驗設計和動手等能力。如圖7所示的實驗有創新性，運用了逆向思維方法，從現象和結論的對立面有力地證明了大氣壓的存在，根據“用吸管尖端把紙杯底部戳破，紙杯和水都會掉落”現象來證明，原先實驗中如果不是大氣壓的作用，則紙杯和水都會掉下來。還有，圖8所示實驗利用了轉換思維方法，讓學生通過“塑料薄膜向內凹”的現象仿佛“看到了”大氣壓，且吸力越大，內凹越明顯。讓學生通過對現象的觀察與分析，概括出現象背后的科學本質，培養學生同中求異、異中求同的思維能力，能夠從多個現象中進行歸納與總結。在教學中，教師可依據生活情景、實驗活動提出具有一定思維含量的問題，以培養學生的觀察、分析、歸納能力等。

圖9

3 結語

物理學家勞厄說過：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力，教育無非是一切已學過的東西都忘掉后所剩下的東西。”在教學中以玻璃杯為抓手，師生共同設計了關于“大氣壓存在”的7個小實驗。當然還可以利用其他器材進行探究，比如利用礦泉水瓶、塑料吸盤、針筒等，貼近學生的生活實際，拉近了物理與生活之間的距離。這樣，既達成了教學目標，也讓學生的核心素養與關鍵能力在開放的時空中得到發展。