大氣壓存在實驗的多角度驗證

張斌 龐禮軍 胡金畢

摘要：在中學物理驗證大氣壓的存在實驗中，運用“擴散思維”的方式驗證實驗。對于大氣壓強的教學，在中學物理實驗教學中是比較抽象的。如果老師在教學中照本宣科，學生就會無法理解，為了讓學生能夠對大氣壓存在的知識點理解透徹，發散學生的思維，達到學以致用的目的，采用“擴散思維”的實驗教學。

關鍵詞：大氣壓強；多角度驗證；物理；實驗；教學對于現代物理教育方式的改革，為了讓學生的主體地位能夠在課堂教學中充分體現出來，并且發展學生的智力與非智力、培養學生的創新意識、提升學生的動手動腦能力，這必然要有較好的教學方式。在物理教學中，實施創新教學的基礎是實驗課堂的創新，實現課堂教學的創新關鍵在于構建創新的課堂教學模式[1]。一般來說，在課堂教學中老師主要講授本節主要的知識點，很少用側面剖析的方式進行教學，這樣導致學生只能學到一種方法，即最基礎最普通的一種方法，而學生對這種方法只停留在解題考試拿高分等層面，所學到的方法僅限于應試方面，忽略了物理在生活中的應用。在實際生活中，就是要將所學到的方法結合實際，實現由生活走向物理、由物理走向生活的目的，而恰恰許多物理授課老師和學生在教學過程中，忽略了這一點，從而導致知識與生活相脫離。僅物理學科而言，最終目標是從生活走向物理，從物理回歸生活，對此，我們將以多角度思考問題的方式延拓大氣壓存在實驗的教學。

1大氣壓強存在實驗教學的局限性

在我國，中學物理教學中經常演示古老的馬德保半球實驗，如果能親自演示這個實驗那當然是很好，但是在實際教學中并沒有真正的演示該實驗，而是以教科書上的圖片為教學“演示”器材，也就是說只是在紙上談兵而已，對于老師來說該實驗很好理解，但對于學生來說理解就不是那么容易了，更別說透徹理解。因為大氣壓是看不見也摸不著的抽象的物理概念，如果沒有進行真正的的實驗，學生是感覺不到馬德保半球實驗的威力的，這樣以來就不會給學生留下深刻的印象，學生只能是牽強的理解。另外，對于該實驗老師又無法進行復古式的演示，因為你不可能去找那么多的馬匹和較為寬廣的場地，進而導致該實驗必須以故事的形式展現在學生面前。

中學物理教學中，另一個實驗是托里拆利實驗，這個實驗也是非常重要的，該實驗不但能證明大氣壓的存在，而且還可以測出大氣壓的數值。然而，該實驗中要用到水銀，水銀是

有毒物質，做實驗還要考慮到安全問題，所以托里拆利實驗就不能讓學生親身體驗，而只是以照本宣科的方式呈現給學生看。和上述馬德保半球實驗一樣，不能讓學生親身感受，沒有給學生留下深刻的實驗驗證印象。這樣導致學生對所學相關知識記憶不深，理解不透，也不能實現從生活走向物理、從物理回歸生活的教學目標。

總的來說，大氣壓強的驗證在教學過程中是一個很難的教學點，因為大氣壓存在的教學是一個比較抽象的過程，學生對此的理解和掌握往往不是很好。物理學本身具有探究性，學生通過學習，應該能提出假設、設計實驗方案、進而達到實驗驗證這個目的，而在這個過程中，學生的推理能力起著重要作用[2]。

2大氣壓強產生的原因

我們知道大氣壓分為三層，分別是0—11km的對流層，11—20km的同溫層，20km以上的電離層。在重力場中，氣體分子受到兩種作用，分別是“無規則的分子熱運動”和“重力”作用，分子的熱運動使得分子平均分布，而重力作用使得分子向地面運動。大氣壓強隨高度而改變，公式如下：

公式中T為恒溫，P0為地球表面的壓強，h為高度，μ為氣體摩爾質量，R是普適氣體常量。所以，大氣壓強產生的實質是由于氣體分子的熱運動，導致氣體分子對物體表面撞擊而產生的[3]。

3多角度驗證大氣壓存在實驗教學法

對于中學物理實驗教學中，盡管大氣壓強這節內容非常抽象，但通過我們采用比較好的教學模式，運用“擴散思維”教學，本教學教會學生從不同角度解決問題，進而使學生更好的理解該抽象概念。在中學大氣壓這節的教學中，利用生活中的一些廢棄物品，自制教具，對大氣壓存在的驗證主要通過以下幾個實驗驗證。

3.1 水杯實驗

準備好一個水杯、一塊比杯口稍大的正方形玻璃片、砝碼若干、鉤釘一個、水槽、水、膠水，接下來把鉤釘用膠水固定在玻璃片中央位置上，用水杯從水槽中盛一杯水，必須裝滿，之后把玻璃片沿著杯口輕輕的水平推移直至把杯口完全封閉為止，最好是杯口落在整個玻璃片中央，最后用手壓著玻璃片將水杯慢慢倒立，玻璃片不會掉下來，然后輕輕在鉤釘上加砝碼，加到合適為至。此過程中對玻璃片進行受力分析，受豎直向下的重力G，水的壓力F壓，大氣給它的托力F氣，如圖1所示。

設實驗中杯的半徑為r，高為h，玻璃片的質量為m，則可得

式中P為大氣壓強，S為杯口面積，而P由公式（1）可得。

在公式（1）中P是理想化的，必須對它進行修正，一般都會通過多方過程的方法對它進行修正，最后得[4]

把（3）帶入（2）得出

水杯一般是圓柱臺型，也有成圓柱型的，如果是圓柱型的那就很好計算它的體積，而圓柱臺型的則不易。其體積可按下列公式算出

式中S(x)為面積，取微元可得

式中y(x)是杯型側面圖中看到的曲線，這里把杯子的體型看作是曲線y(x)繞x軸旋轉而成的，則

從而得出壓力F壓

在整個過程中，受到的合力為

由公式（9）可以計算出能加在鉤釘上的最大砝碼重量。

3.2 氣球水杯實驗

準備一個氣球、橡皮筋，相對較深的水杯、易燃小紙片、打火機，把小紙片用打火機將其點燃并迅速投到深桶水杯中，很快的將氣球膜用膠皮筋固定在水杯口上，過一會兒發現平整的氣球膜凹向杯里，從而證明了大氣壓的存在。

3.3 多媒體Flash實驗

根據實驗原理，用Flash軟件模擬實驗，演示實驗中震撼的場景，比如用Flash做馬德保半球實驗、托里拆力實驗等等，以形象的形式展現出物理情景，方便學生理解相關知識和加深對知識的理解及記憶。

4總結

驗證大氣壓存在的實驗，通過利用不同方法，詮釋同一個物理知識，引導學生多維思考問題，教會學生遇到問題不一定按部就班的去做，而是懂得選擇不同的解決問題的方法，引導學生從多角度出發解決問題，學知識解題如同解決日常生活中的問題一樣，要讓學生達到“從物理走向生活，從生活走向物理”的學習目標。

[參考文獻]

[1]李宏.創新教育與物理課堂教學模式改革[J].中國校外教育，2013，（5）：103.

[2]羅運文.中學生在探究“大氣壓強”過程成中的推理[J].現代中小學教育.科學探究，2005，（1）：41.

[3]楊守波,胡長杰.大氣壓強產生的原因[J].實驗室科學，2007，（3）：137-138.

[4]梁業廣.大氣壓強的精密計算[J].廣西物理，2000，21（2）：7-8.