氣體壓強(qiáng)的趣味演示

孫建清

在中央電視臺(tái)綜合頻道《挑戰(zhàn)不可能》節(jié)目中，有一期的任務(wù)是“想辦法把一個(gè)去殼的熟雞蛋完整地放入廣口瓶（瓶口直徑比雞蛋小）”。參與者先嘗試直接用手把雞蛋擠壓進(jìn)廣口瓶，結(jié)果雞蛋被壓碎，任務(wù)失敗。許多參與者都對(duì)此毫無(wú)辦法，最后公布的解決方法是：將蘸了酒精的棉花點(diǎn)燃后，扔進(jìn)廣口瓶，把雞蛋放在瓶口，過(guò)了一會(huì)兒，只聽(tīng)見(jiàn)“砰”的一聲，雞蛋就掉入瓶?jī)?nèi)。

這是一個(gè)氣體壓強(qiáng)的演示實(shí)驗(yàn)：雞蛋封住瓶口后，棉花的火苗因缺氧而熄滅，瓶?jī)?nèi)空氣溫度逐漸下降，壓強(qiáng)逐漸減小，瓶?jī)?nèi)空氣壓強(qiáng)小于外界大氣壓強(qiáng)，當(dāng)壓強(qiáng)差達(dá)到一定程度時(shí)，雞蛋就會(huì)被吸入瓶?jī)?nèi)。

受到這個(gè)節(jié)目的啟發(fā)，筆者經(jīng)過(guò)深入思考和分析，改進(jìn)和完善了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，使用了更為簡(jiǎn)單和環(huán)保的材料、更易操作的方法，使雞蛋不僅能完整地進(jìn)去，還能完整地出來(lái)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程非常有趣，實(shí)驗(yàn)效果更加明顯。

一、實(shí)驗(yàn)器材

筆者準(zhǔn)備了一個(gè)廣口瓶、一個(gè)去殼的熟雞蛋、一個(gè)紙杯（去掉杯底，側(cè)面開(kāi)一個(gè)觀察口）、一瓶開(kāi)水、一瓶自來(lái)水。

二、實(shí)驗(yàn)演示

1.吸蛋

筆者向廣口瓶中倒入半瓶開(kāi)水，晃動(dòng)幾下后再倒掉開(kāi)水，然后把雞蛋放在瓶口，可以看到雞蛋被慢慢地吸進(jìn)瓶?jī)?nèi)，如圖1所示。

2.吐蛋

首先，筆者向廣口瓶倒入自來(lái)水，瓶子冷卻后再把水倒掉；其次，筆者把去底的紙杯倒放在桌上，再將廣口瓶倒放在紙杯上，雞蛋由于重力的作用滑到瓶口，輕輕撥動(dòng)雞蛋使它封住瓶口；最后，筆者把開(kāi)水緩緩地澆在廣口瓶底，通過(guò)紙杯側(cè)面的觀察口可以看到雞蛋慢慢地滑出來(lái)，如圖2所示。

三、實(shí)驗(yàn)原理

1.吸蛋

開(kāi)水倒掉后，瓶?jī)?nèi)的空氣溫度大大高于外界溫度，雞蛋放在瓶口，使得瓶子處于密封狀態(tài)。根據(jù)氣態(tài)方程PV=nRT，被密封的空氣體積V基本不變，隨著瓶?jī)?nèi)空氣溫度T的下降，壓強(qiáng)P逐漸減小（小于外界大氣壓），雞蛋在自身重力以及內(nèi)外空氣壓力差的作用下緩緩被壓入瓶?jī)?nèi)。

2.吐蛋

倒入自來(lái)水后，瓶子的溫度迅速下降至與外界相同；倒掉自來(lái)水，瓶子倒置，瓶?jī)?nèi)雞蛋堵住瓶口，起到了密封瓶子的作用。根據(jù)氣態(tài)方程PV=nRT，被密封的空氣體積V基本不變，開(kāi)水澆在廣口瓶上，瓶?jī)?nèi)空氣溫度T升高，壓強(qiáng)P增大（大于外界大氣壓），雞蛋在自身重力以及內(nèi)外空氣壓力差的共同作用下慢慢滑出瓶子。

四、注意事項(xiàng)

為了保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，我們要注意以下三點(diǎn)：第一，為確保雞蛋能密封瓶口，使它不漏氣，雞蛋在放到瓶口之前一定要放在水里，以保持其表面濕滑；第二，吸蛋時(shí)，最好用剛燒好的開(kāi)水，開(kāi)水倒掉后要迅速放上雞蛋，以保證瓶?jī)?nèi)外空氣溫差足夠大，提高實(shí)驗(yàn)的成功率；第三，吐蛋時(shí)，要控制好澆開(kāi)水的水流，水流略微慢一點(diǎn)，雞蛋就會(huì)緩慢地滑出，便于學(xué)生從容地觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。

本實(shí)驗(yàn)制作簡(jiǎn)單、操作方便、效果明顯且新奇有趣，可以作為高一物理緒論教學(xué)的引趣激疑的演示實(shí)驗(yàn)，也可以作為氣態(tài)方程教學(xué)的定性演示實(shí)驗(yàn)！

（作者單位：浙江省衢州第一中學(xué)）endprint