淺述托里拆利實驗裝置改進方法

王志義

（濟寧市中區喻屯鎮第二中學，山東 濟寧 272065）

托里拆利實驗是最早精確測定大氣壓值的實驗。把它用于課堂教學實踐中中，無論是實驗效果、設計思想，還是教育意義都很好。但實際課堂教學中，課本上的實驗裝置還存在很多問題。如果課堂上使用教材上的實驗裝置，水銀灌注時難免灑落在教室內造成環境污染，揮發的水銀氣體毒性較大，對學生健康有影響；一人不易操作，沒經訓練的學生又很難協助完成；有些改進的實驗裝置雖不用灌注水銀，但結構復雜，影響物理概念的理解，或成本高，操作時仍有難度，攜帶不方便等。所以托里拆利實驗在課堂教學時使用率并不高，影響課堂教學效果，這不能不令人遺憾。

為了在課堂上更好的利用這一實驗，使學生直接觀察或測得大氣壓值，我在課堂教學中設計并制作了兩種托里拆利實驗裝置，對教材實驗裝置稍作修改，但仍保持原實驗的直觀性。在幾年來的教學實踐中，取得了較好的教學效果，現介紹給大家。

裝置改進一

1、材料

醫用鹽水瓶（100ml帶密封橡膠軟塞，不能去掉蓋周圍金屬封）；醫用大號注射器一只（帶針頭）；一段封閉的厚玻璃管長約1m；帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接，并附有活動標尺

2、組裝方法（如上圖）

1)在通風處用注射器吸水銀通。過鹽水瓶軟塞注入瓶內，水銀量達到瓶容積的2/3處。2)如圖甲，一段封閉的長玻璃管開口端通過軟塞插入醫用瓶內，管口處于鹽水瓶中間位置。3)如圖乙，盛有水銀的醫用瓶倒置，輕敲玻璃管使管中慢慢充滿水銀，小心把氣泡排空。4)如圖丙，將乙圖裝置再正過來，注意管口始終浸沒在液面下，正放后水銀柱下降到一定高度，注射器針頭通過軟塞插入瓶內，注射器活塞推到底使水銀柱能上升到充滿整個玻璃管（多次實驗證明用大號注射器是能夠做到圖丙所示的現象的。只要瓶子密封性要好。）5)演示時拔出活塞后會出現圖丁所示的現象。

3、注意事項

1）挪動瓶子時要一只手拿瓶子，一只手輕捏住玻璃管中部。2）瓶口軟塞密封性要好。排氣泡時用力一定要輕。3）不用時用皮套把玻璃管上端和豎桿連在一起，以防玻璃管過度傾斜折斷。實驗完畢后及時把活塞推入注射器。

4、裝置優點

1）本裝置和書本上的實驗裝置近似，使用時玻璃管不用倒置，相對原裝置不易灑水銀，玻璃管相對安全。2)實驗時只有針頭小孔和外界空氣接觸，水銀的毒性對人的影響可以忽略。3)裝置使用時拔下活塞，不用時安上活塞，水銀暴露的時間可以縮短。4)裝置正放時活塞推到注射器底部水銀充滿玻璃管，緩慢拔出活塞時水銀柱緩慢下降，最后液柱高度不變，能夠很簡單的讓學生體會到水銀柱上方是真空，這一步操作簡變、安全，不用觸摸玻璃管。5)玻璃管能夠小角度傾斜，能夠完成玻璃管傾斜實驗。6)裝置一次連接好以后可在實驗室多次使用，避免反復裝水銀，安全，節省時間。

5、缺點

1）裝置要在上課前要耐心連接，安玻璃管用力不能過大。2）玻璃管灌水銀時要動腦筋，既要灌滿還不能有氣泡，排氣泡有一定困難。（可先用注射器使玻璃管灌滿水銀，再插入倒置的裝有水銀的瓶內）

3）搬運時不夠方便，適合在實驗室中使用。

裝置改進二

1、材料

醫用鹽水瓶（100ml帶密封橡膠軟塞，蓋周圍帶金屬封）；醫用大號注射器一只（帶針頭）；一段細玻璃管長約10cm比瓶稍高；帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接，并附有活動標尺、其上有固定橫梁；長約100cm的白色半透明乳膠管（或透明塑橡膠管）；彈簧夾兩個

2、組裝方法

a、上課前在通風處用注射器吸水銀通過鹽水瓶軟塞注入瓶內，直到水銀達到瓶容積的2/3處。b、如圖一，去活塞后的注射器和玻璃管分別通過軟塞插入醫用瓶，玻璃管上端連接乳膠管。c、如圖二，活塞緩慢壓入注射器筒，水銀隨著瓶內氣壓增大慢慢進入乳膠管，乳膠管末端向上抬起，當水銀液距橡膠管末端5cm左右時，停止推注射器，管末端和距離末端10cm處夾上彈簧夾。兩夾之間要保留有少量水銀起封閉作用。d、如圖三，使用時把水銀瓶放在圖示支架臺上，軟管末端吊在支架上端固定橫梁上，拔掉活塞水銀會下降到一定高度，通過刻度尺可以讀出水銀柱的高度差。f、不用時插上活塞，封閉瓶內空間。

3、裝置優點

a、往管內加水銀很簡單，回收水銀安全迅速。b、水銀和外界連通面積較小，連通時間短。c、操作、攜帶方便。

4、裝置缺點

a、彈簧夾夾不緊會造成氣密性不好。b、乳膠管透明性比玻璃管差，沒有玻璃管明顯。c、所需水銀量相對要多一些。

使用情況

第一種改進實驗裝置在實驗室中使用效果較好，課前裝好后，課上只需插拔活塞，實驗就能輕松完成，大大縮短演示時間。學生對該裝置普遍認可，對啟發學生創造性思維有一定的示范作用。特別是水銀柱上方是否是真空的問題，可以慢慢插拔活塞，讓學生認真觀察，通過討論、分析得出結論，操作簡單易行。但是灌裝水銀有一定的困難，需要老師的耐心、細心。組裝一次可以多次使用，適合班級較多時在實驗室使用。

第二種裝置適合在教室內使用，拆裝、攜帶簡單、方便、安全。操作技術難度小。課前連接好，課上演示更好操作。所以實際教學中教師自己可組裝此裝置，增加課堂教學的新穎性，學生易于掌握使用水銀測量大氣壓的方法。能夠輕松完成教學任務。

作為一線教師在教學工作中，要跟具實際情況靈活制作簡單的教具。隨著新課程標準的全面貫徹實施，傳統的實驗教具有的跟不上教材變化的需要，很多儀器已不適合在教材中使用，急需補充新的教學儀器和實驗用具，這是教學改革的需要，是教育發展和學生能力培養的需要，但是與新教材配套的教具的開發、研制、定型、生產需要漫長的過程，導致儀器與課本不配套，而自制教具填補了這一缺陷。正規儀器在設計制造時，因考慮成本和工藝等問題，制造得很小很緊湊很復雜，這些非教育因素會影響觀察效果，而改進后自制教具反而比原有教具簡單、易操作。利用身邊的物體自制教具的過程，實際上是教師與學生很好的學習與動手動腦的訓練，是培養創新思維的有效途徑。因此積極鼓勵與支持教師與學生參加自制教具的活動，對增強學生的綜合實踐能力具有十分重大的意義。

[1]滬科版八年級物理教材.