滬科版教材中空氣的“力量”實驗的思考

蘇炳超

【中圖分類號】 G633.7 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2095-3089（2018）07-0-01

《空氣的“力量”》是滬科教版八年級物理第八章第三節的內容，由于空氣看不見，摸不著，這使得學生對大氣壓強的認識產生了一定的困難，為了體現新課標從生活走向物理，從物理走向社會的教學理念，遵循初中生由感性認識上升到理性認識的認知規律，本人通過近年來在物理教學中對大氣壓強實驗的不斷探究和實踐，把教材中幾個實驗加以改進和創新，達到了良好的教學效果。

大氣壓與人們生活息息相關，但它的存在又不為大家所覺察，所以大家在日常生活從未有過因身負大氣壓強而產生不適感，對于吸飲料、倒茶水等普遍的一些生活習慣也極少有人意識到是大氣壓在幫忙。對此，在教學中證明“大氣壓強的存在”是一個很重要的內容，關于“大氣壓強存在”的演示實驗方法有很多，如覆杯實驗，瓶“吞”蛋實驗，馬德堡半球實驗等。

一、傳統實驗演示的改進

1、覆杯實驗

對于覆杯實驗，就是將小玻璃杯裝滿水，在杯口蓋一硬紙片，將杯口朝下，紙片不會掉下，隨后向各個方向轉動玻璃杯，紙片仍沒掉下，說明大氣在各個方向都有壓強。此實驗易操作，現象明顯，但學生會容易產生是杯子吸住紙杯導致水不會流出來，對此，在完成上述實驗后，可以拿一根針在紙張中央刺破一個小孔，這時，整杯水將傾斜而出，此時再引導學生若是紙張和杯子吸住的話，杯中的水應該是從小孔滲出來，而不是全部倒出，從而引起學生思考，應該是有外力幫忙，達到證明大氣壓的存在。

2、瓶“吞”蛋實驗

瓶“吞”蛋實驗操作起來雖然簡單，現象明顯，學生興趣高，教學效果也很好，但是這個實驗也存在一些缺點：第一，實驗準備時間長，不方便；第二，重復性較差。蛋被瓶“吞”進去以后，要把雞蛋完整地取出來很難，且要花較長時間，課堂上如果學生沒有看清，想再演示一次，就必須得再用一個雞蛋；第三，實驗裝置要求高，易出現浪費資源。由于所準備的雞蛋不規則，容易與瓶口大小相差過多而導致實驗失敗，給學生造成錯覺，從而影響教學效果，也浪費資源。

實驗改進：不用雞蛋，取一個小瓶子，底部鋪有細沙，將沾有酒精的棉花點燃后扔進瓶子內壁，待棉花熄滅后馬上把瓶子倒扣到水槽中，發現瓶中有水柱上升，有則說明有大氣壓的存在。

3、馬德堡半球實驗

馬德堡半球模擬實驗，演示直觀性強，但不可能人人都有動手體驗的機會；此時若換成是皮碗，就可以讓學生人人參與。方案一、用力擠出皮碗中的空氣，一手拿住皮碗的一端，另一端掛上鉤碼。逐漸增加鉤碼的數量，讓學生直接觀察到兩個皮碗被擠出空氣后能承受的拉力。方案二，在擠出空氣后的皮碗兩端分別掛上稱量的彈簧稱，同桌兩人同時對拉。

以上改進后的實驗具有較強的直觀性、趣味性和成功率高的特點，更能啟發學生的思維和學習的興趣。

二、教材中實驗存在的不足

（一）“冷水澆鐵皮罐”實驗

教材中按照如圖所示方式，拿一空鐵皮罐，放少許水，罐口打開，放在火上將水燒開。水燒開后，分別做以下實驗：

（1）將未蓋蓋子的鐵皮罐小心放入盆內，然后用冷水澆鐵皮罐；

（2）將鐵皮罐罐口用蓋子蓋緊，小心放入盆內，然后用冷水澆鐵皮罐。

兩個實驗進行對比，灌口打開時用冷水澆，鐵皮罐安然無恙；密封的鐵皮罐口密封時用冷水澆，鐵皮罐被壓扁了，從而說明大氣壓的存在。

存在的問題：

1、鐵皮罐的選擇。在挑選鐵皮罐時要考慮厚度及韌度，厚度太大的鐵皮罐實驗現象不明顯，一般教師操作時常用的是易拉罐，灌口則用橡皮泥代替蓋子密封，但該實驗在冷水澆灌時容易出現易拉罐微小變形造成漏氣而導致實驗現象不明顯。

2、加熱時間的控制。筆者在實踐當中經過多次反復操作，密封的鐵皮罐用冷水澆被壓扁的實驗，其酒精燈加熱時間要在5min—7min左右現象才會明顯，而教材中兩個實驗要進行操作再對比現象，這樣占用的時間較長，容易影響教學進度。

缺點：耗時較長，實驗準備器材多，存在風險，實驗重復不易。

實驗改進：給兩個一般的礦泉水塑料瓶灌入熱水，將水晃動幾后倒出，一個不蓋上蓋子，另一個馬上蓋上蓋子，過大約1Min左右，會聽到飲料瓶被壓變形的聲音，同時看到飲料瓶上有的地方被壓癟，證明了大氣壓的存在。

優點：成本低廉，操作簡便，效果明顯。（注意事項：不要使用剛燒開的開水，這樣會使瓶子變形，最好采用溫水60-70℃。）

（二）托里拆利實驗

原實驗裝置如圖所示。

對于本實驗的教學，因為水銀具有很大的毒性，所以以往都是以講解和看視頻為主，并沒有實際做實驗。學生在很多問題上存在困惑，尤其是為什么A、B兩點的壓強相等，這些問題即使通過看視頻也不能很好地理解。因此這個實驗裝置主要存在以下幾點不足：

1.實驗所用的水銀的毒性很大，在教室內按照傳統的方法做，皮膚與水銀直接接觸，擴散的水銀蒸汽對教師和學生的健康造成一定影響。

2.同學們很難理解（圖1-丙）大氣壓強支持了760mm水銀柱，“大氣壓強就是水銀柱產生的壓強”這一結論。

3.在向玻璃管內加注水銀時，很容易混入氣泡，使測量結果誤差較大。

針對本實驗方案的不足，根據本人多年來的教學經驗，將該實驗做了以下創新和改進：

實驗改進：利用DISLab，采用“注射器”測法

為了使測量更為方便準確，學生設計出了新的實驗方法。如圖所示，實驗步驟如下。

（1）將力傳感器固定在底座上并連到計算機，運行DISLab軟件，對力傳感器進行數據調零。

（2）用游標卡尺測量注射器直徑（單位是cm），將該數值和計算出的截面積輸人DISLab軟件中。

（3）把注射器的活塞推至注射器底端，排盡筒內空氣，然后用橡皮帽封住注射器的小孔。

（4）將注射器外殼插在滑塊的插槽中，注射器活塞后部用細繩與力傳感器的掛鉤連接。

（5）撥動撥動桿，直到注射器中的活塞開始滑動，之后用螺帽鎖定撥動桿。

誤差產生原因及改進：

①在注射器筒的尖端處還有一段小孔，活塞無法達這里，導致在小孔中留有殘留的空氣，影響準確測量，導致拉力更加偏小，從而導致測量值偏小，出現較大的測量誤差；②活塞與注射器間沒有完全密封致使注射器漏氣，導致所測拉力會變小，故得出的大氣壓值偏小；③若注射器內壁間的摩擦較大，所測拉力就會變大，得出的大氣壓值就會變大，拉得過猛也會導致拉力變大，得出的大氣壓值就會變大。

改進：果將凡士林涂抹在注射器的活塞上，既可將活塞與注射器間完全密封，又可以使注射器內壁間的摩擦減小，注射器筒尖端處的空氣可用橡皮泥排盡，這樣會使測量值更接近于真實值。

總之，證明大氣壓強存在的實驗有很多，但在教學中選取時應該具有代表性。在初中物理教學中，要充分發揮演示實驗的教學功能，提高學生的參與度。—個現象生動、視覺新奇的演示實驗，能讓學生親歷概念的形成過程，形成的概念和規律將牢固地扎根在學生的腦海中。對此，物理教師業務教學中不光靠講，還要對教學活動進行的有效反思，包括對實驗教學的反思與改進，做到“直觀”，“明顯”“簡單”、“可靠”。