改進空氣有重量實驗方案研究

【摘 要】小學三年級科學教科書上冊，第四單元第六課《空氣有重量嗎》，有一個利用氣球和自制天平，證明空氣有重量的實驗。經實際操作發(fā)現效果不明顯，有時還會失敗。我通過多次進行實驗探討，感覺采用籃球、代替氣球效果明顯，自制天平用鐵釘代替大頭釘，并使與鐵釘連接處孔洞稍大于鐵釘直徑，使其能夠自由轉動，減小了阻力，使實驗更明顯。

【關鍵詞】改進 空氣有重量 實驗 方案

小學三年級教科版教科書上冊，第四單元第六課《空氣有重量嗎》，有一個利用氣球和自制天平，來證明空氣有重量的實驗。我經過多次實驗操作發(fā)現，該實驗效果不但不明顯，而且常常失敗，有時甚至得到充氣后的氣球“變輕了”的相反結果。因此，我對該實驗出現的問題進行如下分析和求證。

一、提出問題

我首先按照教材的敘述，自己制作了一個簡易天平，并按照要求先將自制的天平調平后，天平的兩端分別懸掛同質量的未充氣氣球，這時，天平仍然保持平衡；然后，將左端的氣球充足了氣，用細線扎牢氣球嘴，再懸掛到原位置，結果發(fā)現充足氣的氣球那一端有時不明顯下沉，有時不但沒有下沉，反而高高浮起。無論將自制的天平自做得多么靈敏，都會有同樣的現象發(fā)生，這是為什么呢？

二、透過現象分析問題

我通過研究，發(fā)現這個現象與空氣的浮力有關，我們知道，重量的方向是豎直向下的，而空氣浮力的方向是豎直向上的。

根據浮力公式：F浮力=ρ空Vg上式中F浮力為浮力，ρ空為空氣的密度，V為進入空氣中物體的體積，g為重力加速度。

根據該公式可得：物體在空氣中所受到的浮力除正比于空氣密度外，還正比于進入空氣中的物體體積，因為在同一位置，空氣密度相同，所以，進入空氣中物體的體積越大，受空氣的浮力越大。由于未充入空氣氣球的重量很小，體積也很小，因此排開空氣體積也很小，在空氣中受到的浮力也就較??；當將其充足空氣后，它的體積將膨脹原來的很多倍，排開空氣的體積也比原來大出很多倍，在空氣中的浮力較大，充入空氣的重量不足以抵消氣球所增加的空氣浮力，這是導致實驗現象不明顯或導致實驗失敗的主要原因。

由此可見，充入空氣后的氣球重量可能表現不明顯或反而比原先變輕了的現象，其實并不能說明空氣沒有重量，而是因為充氣前氣球重量大于氣球受到的空氣浮力，而充入空氣后，雖然氣球和空氣的重量之和比原來增大了，但是氣球受到空氣的浮力也增大了，氣球和空氣的重量之和略大于或小于充氣后氣球所受到的空氣的浮力，所以，我們看到了空氣沒有重量這個錯誤現象。

其實，我們還可以做一個有趣的實驗，取一個沒充氣的氣球，由于它有重力，將它仍到空中，它會落回地面，如果將氣球內充滿氫氣，只要將它放在地面，它就會向上漂浮，這并不說明氫氣沒有重量。

三、改進實驗

根據分析，我初步設想，如果找到一個物體，內部既能夠充入空氣，外部體積在充入空氣的前后相差較少，就能夠獲得滿意的效果。于是，我首先找來了兩個同樣的皮球，發(fā)現同樣的皮球由于內部含有部分空氣，再加上所用材料重量也很難保證完全相同。另外，由于自制的天平是由圖釘等材料連接的，明顯無法滿足支撐皮球的重量。

后來，我找來了一塊小木板條，兩端和中間各鉆個小孔，用結實的細線一端穿過中間小孔系牢，另一端用手提，另外再分別用兩個細繩一端穿過邊孔系牢，另一端系一個夾子，這樣一個簡易的天平就制作完成了。我還找來了兩個塑料袋和一些小石子，首先將內含少量空氣的皮球用塑料袋裝好，并將它掛在天平的左側，天平的右側掛盛放石子的塑料袋，并通過添加或取出石子的方法使天平平衡。然后將皮球從塑料袋中取出，用打氣筒充滿空氣，再放到塑料袋內，掛回原來位置，發(fā)現充滿空氣的皮球明顯下沉了，效果非常明顯。

為了演示效果更明顯，我試著找來了籃球代替皮球，另一側仍然用小石子配重，發(fā)現效果更加明顯。后來，我將該實驗用于實際教學，結果獲得了成功。

四、結論與建議

在科學教科版小學三年級上冊教科書，第四單元第六課《空氣有重量嗎》，用氣球做空氣有重量的實驗不易成功的主要原因是：氣球充入空氣后，體積比原先膨脹了很多倍，此時空氣浮力大于等于氣球和空氣的重量，從而導致實驗不明顯或失敗。如果采用皮球、籃球等體積變化較小的球來代替氣球，就可以較好地完成這個實驗。以上建議僅供大家參考。