壓力壓強實驗易錯題辨析

陳菊清

摘 要：寧波市的一道壓力壓強實驗的中考題，對覆杯實驗進一步探究.得分率相當低，容易出錯.將易出現的錯誤進行辨析，找到正確的分析方法.

關鍵詞：實驗；易錯題；辨析

（2015年寧波科學試題第22題）如圖甲所示的覆杯實驗中（1）硬紙片不會掉下的事實是_________________存在的證據.（2）有同學認為實驗中是水粘住了紙片，老師用如圖乙所示裝置進行實驗.隨著空氣被抽出，紙片掉下了，排除了紙片是被水粘住的可能.若換用容積和高度均相同，而杯口更小的杯子進行實驗，要使同一硬紙片掉下，相同情況下需要抽氣的時間會_________________（填“變短”、“變長”或“不變”）.

1 錯誤解法

第（1）題的答案比較容易，填大氣壓.第（2）的答案容易出錯.

錯解1：由于紙片處于要掉未掉的臨界狀態時，裝置內的空氣對紙片向上的壓強與水對紙片向下的壓強相等.換用杯口更小的杯子后，杯子中的水的高度沒變，水對紙片的壓強不變，紙片處于臨界狀態時裝置內的空氣壓強不變，所以選填“不變”.

錯解2：紙片處于臨界狀態時，所受到的水和空氣的壓力差等于紙片的重力，所受到的水和空氣的壓強差等于紙片的重力與杯口面積之比.紙片的重力不變，換用杯口更小的杯子后，紙片的重力與杯口面積之比變大，即水對紙片的壓強與空氣對水的壓強之差變大，水的深度不變，對紙片的壓強不變，所以空氣對紙片的壓強變小，所以抽氣時間變長.

錯解分析：錯解1中，如果不考慮紙片本身的重力，這個解法是正確的，但題目并未指出不計紙的重力，這是一個需要實際操作的實驗題，紙片的重力是一個不能被忽略的因素，并且在這道題中是關鍵因素.

錯解2中，紙片掉落，是因為水對紙片的壓力與紙片重力之和大于空氣對紙片的壓力.受這種定勢的影響，在此題中，錯誤地認為，處于臨界狀態時，水對紙片的壓力大于空氣對紙片的壓力.實際上處于臨界狀態時的紙片受到兩個向下的力：重力和水的壓力，一個向上的力就是空氣的壓力，重力與水的壓力之和等于空氣的壓力，空氣對紙片的壓力是大于水對紙片的壓力，空氣對紙片與水對紙片的壓力差等于紙片的重力，而不是水與空氣對紙片的壓力差等于紙片的重力.

2 正確解答

紙片處于臨界狀態時，受到向下的重力G，和水對紙片向下的壓力F，及裝置內的空氣對紙片向上的壓力F0.這三個力平衡，所以G+F=F0，F0-F=G.等式兩邊都除以S得F0/S-F/S=G/S即P0-P=G/S.換用杯口更小的杯子后，紙片的重力G不變，紙片的受力面積S變小，杯中水的高度不變，水對杯底的壓強P不變，空氣對紙片的壓強P0變大一些，所以抽氣時間變短.

說明：（1）在實驗中，沒有抽氣時，紙片受到向下的重力、水的壓力和杯口向下的支持力，向上的空氣壓力，這四個力平衡.抽氣時，空氣壓力變小，杯口的支持力變小，紙片處于臨界狀態時，杯口的支持力變為零.

（2）紙片在杯口外面的部分受到空氣對它向上和向下的壓強，壓強相等，受力面積相等，向上和向下的壓力相等，合力為零.所以杯口外面露出的紙片的多少對紙片運動狀態的改變沒有影響.