滬科版教材中空氣的“力量”實(shí)驗(yàn)的思考

蘇炳超

【中圖分類號(hào)】 G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 2095-3089（2018）07-0-01

《空氣的“力量”》是滬科教版八年級(jí)物理第八章第三節(jié)的內(nèi)容，由于空氣看不見，摸不著，這使得學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生了一定的困難，為了體現(xiàn)新課標(biāo)從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的教學(xué)理念，遵循初中生由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的認(rèn)知規(guī)律，本人通過近年來在物理教學(xué)中對(duì)大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的不斷探究和實(shí)踐，把教材中幾個(gè)實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)和創(chuàng)新，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

大氣壓與人們生活息息相關(guān)，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(fù)大氣壓強(qiáng)而產(chǎn)生不適感，對(duì)于吸飲料、倒茶水等普遍的一些生活習(xí)慣也極少有人意識(shí)到是大氣壓在幫忙。對(duì)此，在教學(xué)中證明“大氣壓強(qiáng)的存在”是一個(gè)很重要的內(nèi)容，關(guān)于“大氣壓強(qiáng)存在”的演示實(shí)驗(yàn)方法有很多，如覆杯實(shí)驗(yàn)，瓶“吞”蛋實(shí)驗(yàn)，馬德堡半球?qū)嶒?yàn)等。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)演示的改進(jìn)

1、覆杯實(shí)驗(yàn)

對(duì)于覆杯實(shí)驗(yàn)，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(huì)掉下，隨后向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃杯，紙片仍沒掉下，說明大氣在各個(gè)方向都有壓強(qiáng)。此實(shí)驗(yàn)易操作，現(xiàn)象明顯，但學(xué)生會(huì)容易產(chǎn)生是杯子吸住紙杯導(dǎo)致水不會(huì)流出來，對(duì)此，在完成上述實(shí)驗(yàn)后，可以拿一根針在紙張中央刺破一個(gè)小孔，這時(shí)，整杯水將傾斜而出，此時(shí)再引導(dǎo)學(xué)生若是紙張和杯子吸住的話，杯中的水應(yīng)該是從小孔滲出來，而不是全部倒出，從而引起學(xué)生思考，應(yīng)該是有外力幫忙，達(dá)到證明大氣壓的存在。

2、瓶“吞”蛋實(shí)驗(yàn)

瓶“吞”蛋實(shí)驗(yàn)操作起來雖然簡單，現(xiàn)象明顯，學(xué)生興趣高，教學(xué)效果也很好，但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)也存在一些缺點(diǎn)：第一，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長，不方便；第二，重復(fù)性較差。蛋被瓶“吞”進(jìn)去以后，要把雞蛋完整地取出來很難，且要花較長時(shí)間，課堂上如果學(xué)生沒有看清，想再演示一次，就必須得再用一個(gè)雞蛋；第三，實(shí)驗(yàn)裝置要求高，易出現(xiàn)浪費(fèi)資源。由于所準(zhǔn)備的雞蛋不規(guī)則，容易與瓶口大小相差過多而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，給學(xué)生造成錯(cuò)覺，從而影響教學(xué)效果，也浪費(fèi)資源。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：不用雞蛋，取一個(gè)小瓶子，底部鋪有細(xì)沙，將沾有酒精的棉花點(diǎn)燃后扔進(jìn)瓶子內(nèi)壁，待棉花熄滅后馬上把瓶子倒扣到水槽中，發(fā)現(xiàn)瓶中有水柱上升，有則說明有大氣壓的存在。

3、馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

馬德堡半球模擬實(shí)驗(yàn)，演示直觀性強(qiáng)，但不可能人人都有動(dòng)手體驗(yàn)的機(jī)會(huì)；此時(shí)若換成是皮碗，就可以讓學(xué)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(shù)量，讓學(xué)生直接觀察到兩個(gè)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(shí)對(duì)拉。

以上改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的直觀性、趣味性和成功率高的特點(diǎn)，更能啟發(fā)學(xué)生的思維和學(xué)習(xí)的興趣。

二、教材中實(shí)驗(yàn)存在的不足

（一）“冷水澆鐵皮罐”實(shí)驗(yàn)

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(shí)驗(yàn)：

（1）將未蓋蓋子的鐵皮罐小心放入盆內(nèi)，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(nèi)，然后用冷水澆鐵皮罐。

兩個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，灌口打開時(shí)用冷水澆，鐵皮罐安然無恙；密封的鐵皮罐口密封時(shí)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(shí)要考慮厚度及韌度，厚度太大的鐵皮罐實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，一般教師操作時(shí)常用的是易拉罐，灌口則用橡皮泥代替蓋子密封，但該實(shí)驗(yàn)在冷水澆灌時(shí)容易出現(xiàn)易拉罐微小變形造成漏氣而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。

2、加熱時(shí)間的控制。筆者在實(shí)踐當(dāng)中經(jīng)過多次反復(fù)操作，密封的鐵皮罐用冷水澆被壓扁的實(shí)驗(yàn)，其酒精燈加熱時(shí)間要在5min—7min左右現(xiàn)象才會(huì)明顯，而教材中兩個(gè)實(shí)驗(yàn)要進(jìn)行操作再對(duì)比現(xiàn)象，這樣占用的時(shí)間較長，容易影響教學(xué)進(jìn)度。

缺點(diǎn)：耗時(shí)較長，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備器材多，存在風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)不易。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：給兩個(gè)一般的礦泉水塑料瓶灌入熱水，將水晃動(dòng)幾后倒出，一個(gè)不蓋上蓋子，另一個(gè)馬上蓋上蓋子，過大約1Min左右，會(huì)聽到飲料瓶被壓變形的聲音，同時(shí)看到飲料瓶上有的地方被壓癟，證明了大氣壓的存在。

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

（二）托里拆利實(shí)驗(yàn)

原實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，因?yàn)樗y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(shí)際做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在很多問題上存在困惑，尤其是為什么A、B兩點(diǎn)的壓強(qiáng)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(gè)實(shí)驗(yàn)裝置主要存在以下幾點(diǎn)不足：

1.實(shí)驗(yàn)所用的水銀的毒性很大，在教室內(nèi)按照傳統(tǒng)的方法做，皮膚與水銀直接接觸，擴(kuò)散的水銀蒸汽對(duì)教師和學(xué)生的健康造成一定影響。

2.同學(xué)們很難理解（圖1-丙）大氣壓強(qiáng)支持了760mm水銀柱，“大氣壓強(qiáng)就是水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)”這一結(jié)論。

3.在向玻璃管內(nèi)加注水銀時(shí)，很容易混入氣泡，使測(cè)量結(jié)果誤差較大。

針對(duì)本實(shí)驗(yàn)方案的不足，根據(jù)本人多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將該實(shí)驗(yàn)做了以下創(chuàng)新和改進(jìn)：

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：利用DISLab，采用“注射器”測(cè)法

為了使測(cè)量更為方便準(zhǔn)確，學(xué)生設(shè)計(jì)出了新的實(shí)驗(yàn)方法。如圖所示，實(shí)驗(yàn)步驟如下。

（1）將力傳感器固定在底座上并連到計(jì)算機(jī)，運(yùn)行DISLab軟件，對(duì)力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)零。

（2）用游標(biāo)卡尺測(cè)量注射器直徑（單位是cm），將該數(shù)值和計(jì)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(nèi)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(xì)繩與力傳感器的掛鉤連接。

（5）撥動(dòng)撥動(dòng)桿，直到注射器中的活塞開始滑動(dòng)，之后用螺帽鎖定撥動(dòng)桿。

誤差產(chǎn)生原因及改進(jìn)：

①在注射器筒的尖端處還有一段小孔，活塞無法達(dá)這里，導(dǎo)致在小孔中留有殘留的空氣，影響準(zhǔn)確測(cè)量，導(dǎo)致拉力更加偏小，從而導(dǎo)致測(cè)量值偏小，出現(xiàn)較大的測(cè)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(dǎo)致所測(cè)拉力會(huì)變小，故得出的大氣壓值偏?。虎廴糇⑸淦鲀?nèi)壁間的摩擦較大，所測(cè)拉力就會(huì)變大，得出的大氣壓值就會(huì)變大，拉得過猛也會(huì)導(dǎo)致拉力變大，得出的大氣壓值就會(huì)變大。

改進(jìn)：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(nèi)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(huì)使測(cè)量值更接近于真實(shí)值。

總之，證明大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)有很多，但在教學(xué)中選取時(shí)應(yīng)該具有代表性。在初中物理教學(xué)中，要充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，提高學(xué)生的參與度。—個(gè)現(xiàn)象生動(dòng)、視覺新奇的演示實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生親歷概念的形成過程，形成的概念和規(guī)律將牢固地扎根在學(xué)生的腦海中。對(duì)此，物理教師業(yè)務(wù)教學(xué)中不光靠講，還要對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行的有效反思，包括對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反思與改進(jìn)，做到“直觀”，“明顯”“簡單”、“可靠”。