“大氣壓強(qiáng)”一課實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新研究

摘要：利用生活中的常見器材，對(duì)傳統(tǒng)的瓶吞蛋實(shí)驗(yàn)和覆杯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，并引導(dǎo)學(xué)生用多種實(shí)驗(yàn)方案粗測大氣壓值，發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新思維.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)改進(jìn);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;不足;優(yōu)勢;實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

作者簡介：劉培培（1982-），女，山東煙臺(tái)人，本科，中學(xué)二級(jí)教師，研究方向：初中物理教學(xué).

1實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新背景

“大氣壓強(qiáng)”是魯教版初中物理八年級(jí)下冊的內(nèi)容，由于大氣特殊的存在形式——看不見摸不著，學(xué)生理解起來比較抽象，為了證明大氣壓強(qiáng)的存在，幫助學(xué)生直觀，形象的認(rèn)識(shí)和理解大氣壓強(qiáng)，本節(jié)課需要通過大量演示實(shí)驗(yàn)感知大氣壓的存在，但傳統(tǒng)的瓶吞蛋實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的時(shí)間很短，不易觀察，覆杯實(shí)驗(yàn)易讓學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)解，認(rèn)為卡片不掉落是因?yàn)楸凰ぷ〉?，所以要?duì)這兩個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn).雖然托里拆利實(shí)驗(yàn)已準(zhǔn)確測出了大氣壓的值，但是水銀有毒，不能進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn).考慮到初中生具有強(qiáng)烈的好奇心，求知欲和表現(xiàn)欲，喜歡動(dòng)手和動(dòng)腦，所以嘗試?yán)蒙钪械某Ｒ娢锲?，?duì)本節(jié)課粗測大氣壓的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新.

2實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新研究

2.1創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)一： 水往高處流

2.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

打破以往“水往低處流”的經(jīng)驗(yàn)主義，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲.

2.1.2實(shí)驗(yàn)器材

輸液玻璃瓶，輸液管，水槽，100ml容積的注射器

2.1.3操作方法

將輸液玻璃瓶、輸液管、注射器（如圖1所示）組裝好，用注射器將玻璃瓶中的氣體抽出一部分，關(guān)閉活塞，然后將輸液管插入水槽中，打開活塞，可以觀察到水像噴泉一樣噴入瓶中（如圖2所示），及時(shí)提問：“是什么力量使水從低處流向高處呢？”引入課題.課后拓展：閑置管的作用，打開活塞開關(guān)，剛開始水往外流，但是過一會(huì)水不向外流了（如圖3所示），再打開上邊的扣，水繼續(xù)流出（如圖4所示），學(xué)生易明白輸液裝置閑置管的作用.

2.1.4實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

（1）提前將注射器的活塞在熱水中浸泡一會(huì)兒，可以提高裝置的氣密性.

（2）用帶扣輸液器代替有閑置管的輸液器，增加實(shí)驗(yàn)的神秘感，操作方便和講解閑置管的作用.

2.2創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)二：粗測大氣壓

2.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

學(xué)生分組粗測大氣壓值，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，多種實(shí)驗(yàn)方案發(fā)散思維.

2.2.2傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足

雖然托里拆利實(shí)驗(yàn)已經(jīng)準(zhǔn)確測出大氣壓的大小，但水銀有毒，學(xué)生不能進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生缺少探究測量大氣壓值的體驗(yàn).傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)借助的是彈簧測力計(jì)，玻璃板，吸盤和刻度尺，需要測出吸盤的面積和吸盤脫落瞬間彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，但吸盤脫落瞬間時(shí)間非常短，讀數(shù)不準(zhǔn)確;吸盤脫落瞬間的面積遠(yuǎn)小于吸盤的面積，誤差非常大;實(shí)驗(yàn)室中彈簧測力計(jì)的量程最大為10N，量程不足.這些因素會(huì)導(dǎo)致學(xué)生不能親自測量大氣壓的大小，非常遺憾.

2.2.3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

（1）實(shí)驗(yàn)器材：體重秤（量程90kg）、大水桶、水、玻璃板、吸盤、電子秤（量程50kg）.

（2）小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案如下：

方案一：將吸盤蘸水后擠壓在桌面上，用電子秤豎直向上拉吸盤，吸盤剛好脫落時(shí)讀出示數(shù)F拉，此時(shí)大氣壓力等于拉力，用刻度尺測出吸盤脫落時(shí)的直徑，從而算出吸盤脫落時(shí)的橫截面積S;根據(jù)p=F拉S算出大氣壓強(qiáng).

方案二：將吸盤蘸水后用力擠壓在玻璃板上，吸盤上掛一個(gè)塑料桶，不斷的往桶里加水，當(dāng)吸盤剛好脫落時(shí)，用體重秤測出桶和水的總質(zhì)量m，根據(jù)G=mg求出水和桶的總重，此時(shí)大氣壓力等于重力;根據(jù)p=GS算出大氣壓強(qiáng).

方案三：讀出注射器帶刻度的容積V，用刻度尺測出帶刻度部分的長度L，則面積S=VL，將注射器活塞推到底部，空拉活塞，讀出活塞剛好被拉動(dòng)時(shí)的最大靜摩擦力為f最大靜，再將活塞推到注射器底部，堵住小孔，活塞剛好拉動(dòng)時(shí)讀出拉力F拉，則大氣壓力F壓=F拉-f最大靜，根據(jù)p=（F拉-f最大靜）LV計(jì)算出壓強(qiáng).

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)

2.2.4實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

（1）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材

用電子秤代替彈簧測力計(jì)，電子秤量程較大，吸盤脫落瞬間直接顯示示數(shù)，易讀數(shù);

（2）進(jìn)一步減小實(shí)驗(yàn)誤差

①精算吸盤面積

吸盤外側(cè)一圈內(nèi)外大氣壓相通，測量時(shí)要去除這部分面積（如圖11所示）.大氣壓力作用的這部分吸盤的面積在吸盤脫落瞬間是變化的，用坐標(biāo)紙多次實(shí)驗(yàn)得到拉動(dòng)瞬間時(shí)的面積（內(nèi)圈面積如圖12所示），大大減小了實(shí)驗(yàn)誤差.

②測量最大靜摩擦力

方案三中，活塞被拉動(dòng)瞬間不僅存在拉力和大氣壓力，還有最大靜摩擦力，空拉時(shí)測出最大靜摩擦力，在很大程度上減小了實(shí)驗(yàn)誤差.

3實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究

3.1改進(jìn)實(shí)驗(yàn)一：瓶吞蛋實(shí)驗(yàn)

3.1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

證明大氣壓強(qiáng)的存在，使實(shí)驗(yàn)效果更明顯.

3.1.2傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足之處

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用廣口瓶和雞蛋進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)間較短，來不及觀察就結(jié)束了;其次廣口瓶受熱不均勻，不能向瓶底澆熱水取出雞蛋，雞蛋不能重復(fù)利用，造成資源浪費(fèi).

3.1.3改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)過程

先將燒瓶浸沒在熱水中片刻，放上鵪鶉蛋，再浸沒在涼水中，可以看到蛋慢慢的向下運(yùn)動(dòng)，最后被“吞”入瓶中（如圖13所示）;再將燒瓶倒置在鐵架臺(tái)上，向燒瓶底部澆熱水，蛋又會(huì)慢慢“吐”出來（如圖14所示）.

3.1.4實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

（1）蛋要新鮮，最好提前浸泡在熱水中，減小“吞吐”時(shí)的摩擦力.

（2）冷熱水溫差要大一些.

3.2改進(jìn)實(shí)驗(yàn)二： 覆杯實(shí)驗(yàn)

3.2.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

糾正學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，證明大氣壓強(qiáng)的存在.

3.2.2改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)器材借助注射器、廢棄的卡片進(jìn)行實(shí)驗(yàn).如果卡片是被水黏住的，堵住小孔和松開小孔卡片都應(yīng)該不掉落.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：堵住注射器頂端小孔，卡片不下落;松開堵住的手，卡片下落（如圖15所示）.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有力地證明了大氣壓的存在，糾正了卡片是被水黏住的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí).

3.2.3實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

要想證明卡片不是被水黏住的，只需在瓶的底部打一小孔即可，用針在紙杯底部扎小孔，但是紙杯較軟，手握紙杯中部會(huì)使紙杯變形，擠壓導(dǎo)致卡片掉落.扎孔瞬間，卡片很快掉落，學(xué)生可能會(huì)認(rèn)為扎孔的力量使卡片掉落，實(shí)驗(yàn)效果不好（如圖16所示），最后選擇注射器克服以上問題.另外，卡片紙?zhí)”凰窈笕菀鬃冘?，塑料卡傾斜時(shí)摩擦力較小易掉落，實(shí)驗(yàn)效果不好，所以選擇硬卡紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

4實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的優(yōu)勢

4.1取材容易，可操作性強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)所用器材均為日常生活用品，簡單易得，可操作性強(qiáng)，讓學(xué)生體會(huì)到物理與生活是密不可分的.

4.2注意細(xì)節(jié)，減小誤差

粗測大氣壓的方案中，去除吸盤面積的變化和最大靜摩擦力，大大減小了實(shí)驗(yàn)誤差.

4.3多種方案，發(fā)散思維

小組分享不同大氣壓的測量方案，使同學(xué)們掌握了更多測量大氣壓的方法.

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