淺述托里拆利實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)方法

王志義

（濟(jì)寧市中區(qū)喻屯鎮(zhèn)第二中學(xué)，山東 濟(jì)寧 272065）

托里拆利實(shí)驗(yàn)是最早精確測(cè)定大氣壓值的實(shí)驗(yàn)。把它用于課堂教學(xué)實(shí)踐中中，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)效果、設(shè)計(jì)思想，還是教育意義都很好。但實(shí)際課堂教學(xué)中，課本上的實(shí)驗(yàn)裝置還存在很多問(wèn)題。如果課堂上使用教材上的實(shí)驗(yàn)裝置，水銀灌注時(shí)難免灑落在教室內(nèi)造成環(huán)境污染，揮發(fā)的水銀氣體毒性較大，對(duì)學(xué)生健康有影響；一人不易操作，沒(méi)經(jīng)訓(xùn)練的學(xué)生又很難協(xié)助完成；有些改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置雖不用灌注水銀，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響物理概念的理解，或成本高，操作時(shí)仍有難度，攜帶不方便等。所以托里拆利實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)時(shí)使用率并不高，影響課堂教學(xué)效果，這不能不令人遺憾。

為了在課堂上更好的利用這一實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生直接觀察或測(cè)得大氣壓值，我在課堂教學(xué)中設(shè)計(jì)并制作了兩種托里拆利實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)裝置稍作修改，但仍保持原實(shí)驗(yàn)的直觀性。在幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中，取得了較好的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹給大家。

裝置改進(jìn)一

1、材料

醫(yī)用鹽水瓶（100ml帶密封橡膠軟塞，不能去掉蓋周圍金屬封）；醫(yī)用大號(hào)注射器一只（帶針頭）；一段封閉的厚玻璃管長(zhǎng)約1m；帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接，并附有活動(dòng)標(biāo)尺

2、組裝方法（如上圖）

1)在通風(fēng)處用注射器吸水銀通。過(guò)鹽水瓶軟塞注入瓶?jī)?nèi)，水銀量達(dá)到瓶容積的2/3處。2)如圖甲，一段封閉的長(zhǎng)玻璃管開口端通過(guò)軟塞插入醫(yī)用瓶?jī)?nèi)，管口處于鹽水瓶中間位置。3)如圖乙，盛有水銀的醫(yī)用瓶倒置，輕敲玻璃管使管中慢慢充滿水銀，小心把氣泡排空。4)如圖丙，將乙圖裝置再正過(guò)來(lái)，注意管口始終浸沒(méi)在液面下，正放后水銀柱下降到一定高度，注射器針頭通過(guò)軟塞插入瓶?jī)?nèi)，注射器活塞推到底使水銀柱能上升到充滿整個(gè)玻璃管（多次實(shí)驗(yàn)證明用大號(hào)注射器是能夠做到圖丙所示的現(xiàn)象的。只要瓶子密封性要好。）5)演示時(shí)拔出活塞后會(huì)出現(xiàn)圖丁所示的現(xiàn)象。

3、注意事項(xiàng)

1）挪動(dòng)瓶子時(shí)要一只手拿瓶子，一只手輕捏住玻璃管中部。2）瓶口軟塞密封性要好。排氣泡時(shí)用力一定要輕。3）不用時(shí)用皮套把玻璃管上端和豎桿連在一起，以防玻璃管過(guò)度傾斜折斷。實(shí)驗(yàn)完畢后及時(shí)把活塞推入注射器。

4、裝置優(yōu)點(diǎn)

1）本裝置和書本上的實(shí)驗(yàn)裝置近似，使用時(shí)玻璃管不用倒置，相對(duì)原裝置不易灑水銀，玻璃管相對(duì)安全。2)實(shí)驗(yàn)時(shí)只有針頭小孔和外界空氣接觸，水銀的毒性對(duì)人的影響可以忽略。3)裝置使用時(shí)拔下活塞，不用時(shí)安上活塞，水銀暴露的時(shí)間可以縮短。4)裝置正放時(shí)活塞推到注射器底部水銀充滿玻璃管，緩慢拔出活塞時(shí)水銀柱緩慢下降，最后液柱高度不變，能夠很簡(jiǎn)單的讓學(xué)生體會(huì)到水銀柱上方是真空，這一步操作簡(jiǎn)變、安全，不用觸摸玻璃管。5)玻璃管能夠小角度傾斜，能夠完成玻璃管傾斜實(shí)驗(yàn)。6)裝置一次連接好以后可在實(shí)驗(yàn)室多次使用，避免反復(fù)裝水銀，安全，節(jié)省時(shí)間。

5、缺點(diǎn)

1）裝置要在上課前要耐心連接，安玻璃管用力不能過(guò)大。2）玻璃管灌水銀時(shí)要?jiǎng)幽X筋，既要灌滿還不能有氣泡，排氣泡有一定困難。（可先用注射器使玻璃管灌滿水銀，再插入倒置的裝有水銀的瓶?jī)?nèi)）

3）搬運(yùn)時(shí)不夠方便，適合在實(shí)驗(yàn)室中使用。

裝置改進(jìn)二

1、材料

醫(yī)用鹽水瓶（100ml帶密封橡膠軟塞，蓋周圍帶金屬封）；醫(yī)用大號(hào)注射器一只（帶針頭）；一段細(xì)玻璃管長(zhǎng)約10cm比瓶稍高；帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接，并附有活動(dòng)標(biāo)尺、其上有固定橫梁；長(zhǎng)約100cm的白色半透明乳膠管（或透明塑橡膠管）；彈簧夾兩個(gè)

2、組裝方法

a、上課前在通風(fēng)處用注射器吸水銀通過(guò)鹽水瓶軟塞注入瓶?jī)?nèi)，直到水銀達(dá)到瓶容積的2/3處。b、如圖一，去活塞后的注射器和玻璃管分別通過(guò)軟塞插入醫(yī)用瓶，玻璃管上端連接乳膠管。c、如圖二，活塞緩慢壓入注射器筒，水銀隨著瓶?jī)?nèi)氣壓增大慢慢進(jìn)入乳膠管，乳膠管末端向上抬起，當(dāng)水銀液距橡膠管末端5cm左右時(shí)，停止推注射器，管末端和距離末端10cm處夾上彈簧夾。兩夾之間要保留有少量水銀起封閉作用。d、如圖三，使用時(shí)把水銀瓶放在圖示支架臺(tái)上，軟管末端吊在支架上端固定橫梁上，拔掉活塞水銀會(huì)下降到一定高度，通過(guò)刻度尺可以讀出水銀柱的高度差。f、不用時(shí)插上活塞，封閉瓶?jī)?nèi)空間。

3、裝置優(yōu)點(diǎn)

a、往管內(nèi)加水銀很簡(jiǎn)單，回收水銀安全迅速。b、水銀和外界連通面積較小，連通時(shí)間短。c、操作、攜帶方便。

4、裝置缺點(diǎn)

a、彈簧夾夾不緊會(huì)造成氣密性不好。b、乳膠管透明性比玻璃管差，沒(méi)有玻璃管明顯。c、所需水銀量相對(duì)要多一些。

使用情況

第一種改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)室中使用效果較好，課前裝好后，課上只需插拔活塞，實(shí)驗(yàn)就能輕松完成，大大縮短演示時(shí)間。學(xué)生對(duì)該裝置普遍認(rèn)可，對(duì)啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維有一定的示范作用。特別是水銀柱上方是否是真空的問(wèn)題，可以慢慢插拔活塞，讓學(xué)生認(rèn)真觀察，通過(guò)討論、分析得出結(jié)論，操作簡(jiǎn)單易行。但是灌裝水銀有一定的困難，需要老師的耐心、細(xì)心。組裝一次可以多次使用，適合班級(jí)較多時(shí)在實(shí)驗(yàn)室使用。

第二種裝置適合在教室內(nèi)使用，拆裝、攜帶簡(jiǎn)單、方便、安全。操作技術(shù)難度小。課前連接好，課上演示更好操作。所以實(shí)際教學(xué)中教師自己可組裝此裝置，增加課堂教學(xué)的新穎性，學(xué)生易于掌握使用水銀測(cè)量大氣壓的方法。能夠輕松完成教學(xué)任務(wù)。

作為一線教師在教學(xué)工作中，要跟具實(shí)際情況靈活制作簡(jiǎn)單的教具。隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的全面貫徹實(shí)施，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教具有的跟不上教材變化的需要，很多儀器已不適合在教材中使用，急需補(bǔ)充新的教學(xué)儀器和實(shí)驗(yàn)用具，這是教學(xué)改革的需要，是教育發(fā)展和學(xué)生能力培養(yǎng)的需要，但是與新教材配套的教具的開發(fā)、研制、定型、生產(chǎn)需要漫長(zhǎng)的過(guò)程，導(dǎo)致儀器與課本不配套，而自制教具填補(bǔ)了這一缺陷。正規(guī)儀器在設(shè)計(jì)制造時(shí)，因考慮成本和工藝等問(wèn)題，制造得很小很緊湊很復(fù)雜，這些非教育因素會(huì)影響觀察效果，而改進(jìn)后自制教具反而比原有教具簡(jiǎn)單、易操作。利用身邊的物體自制教具的過(guò)程，實(shí)際上是教師與學(xué)生很好的學(xué)習(xí)與動(dòng)手動(dòng)腦的訓(xùn)練，是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的有效途徑。因此積極鼓勵(lì)與支持教師與學(xué)生參加自制教具的活動(dòng)，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力具有十分重大的意義。

[1]滬科版八年級(jí)物理教材.