高溫低壓以及流速與壓強實驗的創新與改進

張秀萍

摘 ?要：實驗中采用的空氣流通裝置對高溫低壓以及流速與壓強實驗進行了改進。選用酒精燈、漏斗、石棉網、三腳架等器材，是教學中常見的物理實驗器材;本實驗創新性地選用十字四通管并借助紅色輕質熱煙的飄動，讓學生對空氣從高壓到低壓的流動過程具體可感，成功實現教學中認識空氣對流過程這一難點的突破。借助本實驗裝置，還可實現氣體流速與壓強關系的驗證。更大程度地完成對知識的內化理解，在初中科學教學中有一定的推廣價值，減輕教學壓力。

關鍵詞：高溫低壓 ?流速 ?壓強 ?實驗 ?十字四通管

中圖分類號：G633.7 ? ? ? ? 文獻標識碼：C ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-1578（2020）03-0095-01

浙教版科學教材八年級上冊第二章第三節中“大氣壓對天氣的影響”教學環節對學生理解氣溫與降水、海陸風、季風的問題有關鍵作用。

教學過程中學生遇到一個難點：“開放空間下，近地面氣溫高的地方大氣壓低，氣溫低的地方大氣壓反而高”[1]。在此之前學生已接觸不少氣壓的問題，但幾乎都是密閉空間內的氣壓問題。受定勢影響，學生易形成錯誤的科學前概念：“氣溫越高，氣壓越高”，在學習中形成了思維矛盾。其實，在開放的空間內，氣體受熱膨脹，密度減小，熱氣流上升，近地面氣壓減小，形成低壓區;相反在周邊氣溫較低的地方，氣流下沉，就形成了相對的高壓區。

1 ? 創新與改進的目的

本實驗的目的之一就是要直觀地表現出，開放空間內近地面溫度高的地方氣壓較低，溫度低的地方氣壓相對較高，借助輕質熱煙的飄動使空氣的對流現象具體可見。同時，教材上對于“氣體流速越大，壓強越小”[1]的結論沒有從空氣流動的角度來呈現壓強變小的事實，借助本裝置演示氣體流速與壓強的關系，使學生對兩者之間的關系有更直觀的體驗。

2 ? 實驗創新與改進

實驗環境：無風的開放空間

實驗器材：硬質十字型四通玻璃管（本文中簡稱十字四通管）、漏斗、石棉網、三腳架、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、火柴、手電筒、小電扇、熏香。

在石棉網上點燃熏香，產生大量煙。將漏斗倒扣在熏香上，通過玻璃管將煙導入十字四通管，觀察到煙向十字四通管左右兩側飄動。在十字四通管左側略偏下處點燃酒精燈，加熱空氣模擬近地面空氣受熱的情景，觀察到四通管中煙會集中向左側飄動，出管口后豎直向上飄動。此時，幾乎無煙飄向右側。將燃著的酒精燈移到十字四通管的右下側，觀察到原來向左側飄動的煙會反向移動，與新產生的煙一起集中飄向右側，出管口后豎直上升。煙的飄動顯示了空氣的流動，而水平方向的空氣流動是從高壓流動到低壓，即空氣帶動著煙從高壓區流向低壓區。通過該實驗的現象，我們可以知道當空氣受熱，壓強減小了，即溫度高的一側形成了低壓環境。

本實驗從設計之初的一字型硬質玻璃管[2]改良為T型管，最后改進為十字四通管，最大程度上解決了因玻璃管壁對熱煙通路的阻塞對實驗效果的影響。不斷地改進管徑及管長，最終確定豎管內徑為9毫米，管長10厘米;橫管內徑為15毫米，管長14厘米，硬質玻璃管壁厚2毫米。實驗中借助家庭用塔式熏香燃燒產生較多安全有顏色的輕質熱煙演示（必要時可用紅光手電筒加強煙的顯示效果），使得空氣從高壓處到低壓處的流動過程具體可感。在這樣一個開放的空間內實現空氣的對流，解決了容器壁對空氣流動的影響問題，彌補了教學中實驗的空白。

借助本裝置還可以演示氣體流速與壓強的關系：熄滅酒精燈，換用小風扇。在十字四通管左側吹，可觀察到管內煙集中向左飄動;平行于四通管右側管口方向吹，可觀察到管內煙又集中向右飄動;平行于上端管口吹，發現煙又從上端管口飄出，可證明“氣體流速越大，壓強越小”[2]的結論。這樣從空氣本身流動的角度來呈現壓強變小的事實，學生對流速與壓強之間關系也有了直觀的感知。

3 ? 實驗達成的效果

通過創新和改進后的實驗演示，學生克服了錯誤前概念，形成“開放空間下，近地面氣溫高的地方氣壓低，氣溫低的地方氣壓反而高”[1]的正確概念認識，完成了對空氣對流形成原因的實驗探討。同時強化了對“氣體的流速越大，壓強越小”[1]的理解。

4 ? 結語

新一輪的課改對教師的教學方法和教學質量都提出了更高的要求。在中學科學教學中，實驗教學占據相當大的比例和重要的地位。本文結合作者的創新實驗，充分發揮了自制教具對教學的作用，較好地完成教學大綱提出的教學任務，提高了教學效率。

該實驗材料易得，操作容易上手，易于推廣，教學效果立竿見影。無論是教師演示還是學生自己動手實驗都可，現象直觀，變復雜推理為直接實驗，培養學生觀察、實驗、思考的能力，對提高學生的創新精神也有積極作用，同時增強“科學就在我們身邊”勇于探究的使命感。

參考文獻：

[1] 朱清時主編.義務教育教科書科學[M].浙江：浙江教育出版社，2013：59，63.

[2] 邵正.初中科學高溫低壓創新實驗[J].實驗教學與儀器，2016，33（Z1）：56-57.