“密閉氣體壓強大小變化演示器”的制作及演示方案

王來喜

(宣城市宣州區水陽中心初中 安徽 宣城 242044)

1 教具的教學意義和價值

密閉氣體壓強大小變化比較抽象，是高中物理知識范疇，但在初中物理中利用大氣壓強知識解釋有關現象時，往往又會涉及到密閉氣體壓強大小的變化問題，有些教師會簡單解釋為大氣壓強的作用，學生難以理解.合理的解釋思路：因密閉氣體的體積、溫度、量的變化而導致密閉氣體壓強發生改變，即密閉氣體存在內外壓強差(外為大氣壓強)，在壓強差的作用下產生了一些有趣的現象.基于以上思路自制了密閉氣體壓強大小變化演示器，通過該實驗裝置的演示，學生能從感性的角度知道密閉氣體壓強大小與氣體的體積、溫度、量的變化有關，形成正確的大氣壓強現象解釋思維[1].

2 教具裝置圖

教具裝置如圖1所示.

圖1 教具裝置圖

3 教具特點及用途

3.1 特點

本教具通過4個演示，使密閉氣體壓強大小變化教學形象化、直觀化，模擬現象更為科學、生動和有趣[2].

3.2 用途

通過演示得出以下結論：

(1)密閉氣體壓強與氣體的量有關.在其他因素不變時，氣體量越少，密閉氣體壓強越小.

(2)密閉氣體壓強與氣體的體積有關.在其他因素不變時，氣體體積越大，密閉氣體壓強越小.

(3)密閉氣體壓強與氣體的溫度有關.在其他因素不變時，氣體溫度越高，密閉氣體壓強越大.

(4)密閉氣體壓強小于外界大氣壓強時，會出現密閉氣體體積變小的現象.密閉氣體壓強大于外界大氣壓強時，會出現密閉氣體體積變大的現象.開放式空間氣體壓強等于大氣壓強.

4 制作材料

①點滴瓶(或飲料瓶)，②橡皮塞，輸液管1根(下端剪斷，長約為50 cm，帶輸液控制閥2個)，③3 cm長輸液管，④注射器(50 ml)，⑤注射針，⑥燒杯(內盛淡紅墨水)，⑦鐵架臺，⑧熱水(水瓶內裝開水).

所需材料如圖2所示.

圖2 制作材料

5 制作方法

輸液管上端連接細管，細管連接注射針，插入瓶口密封橡皮塞(圖3)，深入瓶子的里面，將瓶子固定在鐵架臺上，如圖4所示.輸液管下端與注射器連接，如圖5所示.連接完成后的裝置如圖6所示.

圖3 輸液針插入瓶子

圖4 固定在鐵架臺上

圖5 輸液管與注射器連接

圖6 完成后的裝置

6 使用方法

(1)將本教具組裝好，瓶中不裝水，打開輸液控制閥A，關閉輸液控制閥B，輸液管A下端連接注射器，用注射器抽取瓶內空氣后，關閉輸液控制閥A，取下注射器，將輸液管A的下端插入裝有紅墨水的燒杯中，打開輸液控制閥A，發現燒杯內水通過輸液管A進入瓶中形成噴泉現象.(瓶內氣體壓強小于瓶外大氣壓強，原因是瓶內空氣被抽去了一些，即瓶內氣體量減小了)

(2)瓶中裝約半瓶水，打開輸液控制閥A，關閉輸液控制閥B，發現瓶中水開始有水流出，流速越來越慢，最后不能流下來.(瓶內氣體壓強小于瓶外大氣壓強的作用，瓶內氣體壓強減小的原因是瓶內氣體的體積變大了)

(3)打開輸液控制閥B，發現瓶中水通過輸液管A能流出，瓶外空氣不斷通過輸液管B進入瓶內.(瓶內氣體壓強等于瓶外大氣壓強的作用，相互抵消，在重力的作用下能持續往下流.瓶外空氣不斷進入瓶內，即瓶內氣體量增加，導致瓶內氣體壓強在體積不斷增大的情況下能維持內外壓強相等)[3]

(4)關閉輸液控制閥A和 B，瓶中裝入一些開水，取下瓶塞，搖晃一會，使瓶很熱，迅速塞上瓶塞，將輸液管A的下端插入裝有紅墨水的燒杯中，打開輸液控制閥A，發現燒杯內水進入輸液管A形成液柱，甚至進入瓶中形成噴泉現象.(瓶內壓強小于瓶外壓強，瓶內氣體溫度降低了)

綜合以上實驗現象可得出：密閉空間氣體壓強大小與氣體的體積、溫度、量的變化有關.密閉空間氣體壓強小于外界大氣壓強時，往往會出現氣體體積變小的現象.密閉空間氣體壓強大于外界大氣壓強時，往往會出現氣體體積變大的現象.