高溫低壓以及流速與壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新與改進(jìn)

張秀萍

摘 ?要：實(shí)驗(yàn)中采用的空氣流通裝置對(duì)高溫低壓以及流速與壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。選用酒精燈、漏斗、石棉網(wǎng)、三腳架等器材，是教學(xué)中常見的物理實(shí)驗(yàn)器材;本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性地選用十字四通管并借助紅色輕質(zhì)熱煙的飄動(dòng)，讓學(xué)生對(duì)空氣從高壓到低壓的流動(dòng)過(guò)程具體可感，成功實(shí)現(xiàn)教學(xué)中認(rèn)識(shí)空氣對(duì)流過(guò)程這一難點(diǎn)的突破。借助本實(shí)驗(yàn)裝置，還可實(shí)現(xiàn)氣體流速與壓強(qiáng)關(guān)系的驗(yàn)證。更大程度地完成對(duì)知識(shí)的內(nèi)化理解，在初中科學(xué)教學(xué)中有一定的推廣價(jià)值，減輕教學(xué)壓力。

關(guān)鍵詞：高溫低壓 ?流速 ?壓強(qiáng) ?實(shí)驗(yàn) ?十字四通管

中圖分類號(hào)：G633.7 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-1578（2020）03-0095-01

浙教版科學(xué)教材八年級(jí)上冊(cè)第二章第三節(jié)中“大氣壓對(duì)天氣的影響”教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)學(xué)生理解氣溫與降水、海陸風(fēng)、季風(fēng)的問(wèn)題有關(guān)鍵作用。

教學(xué)過(guò)程中學(xué)生遇到一個(gè)難點(diǎn)：“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(xué)生已接觸不少氣壓的問(wèn)題，但幾乎都是密閉空間內(nèi)的氣壓?jiǎn)栴}。受定勢(shì)影響，學(xué)生易形成錯(cuò)誤的科學(xué)前概念：“氣溫越高，氣壓越高”，在學(xué)習(xí)中形成了思維矛盾。其實(shí)，在開放的空間內(nèi)，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(qū);相反在周邊氣溫較低的地方，氣流下沉，就形成了相對(duì)的高壓區(qū)。

1 ? 創(chuàng)新與改進(jìn)的目的

本實(shí)驗(yàn)的目的之一就是要直觀地表現(xiàn)出，開放空間內(nèi)近地面溫度高的地方氣壓較低，溫度低的地方氣壓相對(duì)較高，借助輕質(zhì)熱煙的飄動(dòng)使空氣的對(duì)流現(xiàn)象具體可見。同時(shí)，教材上對(duì)于“氣體流速越大，壓強(qiáng)越小”[1]的結(jié)論沒(méi)有從空氣流動(dòng)的角度來(lái)呈現(xiàn)壓強(qiáng)變小的事實(shí)，借助本裝置演示氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系，使學(xué)生對(duì)兩者之間的關(guān)系有更直觀的體驗(yàn)。

2 ? 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)環(huán)境：無(wú)風(fēng)的開放空間

實(shí)驗(yàn)器材：硬質(zhì)十字型四通玻璃管（本文中簡(jiǎn)稱十字四通管）、漏斗、石棉網(wǎng)、三腳架、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、酒精燈、火柴、手電筒、小電扇、熏香。

在石棉網(wǎng)上點(diǎn)燃熏香，產(chǎn)生大量煙。將漏斗倒扣在熏香上，通過(guò)玻璃管將煙導(dǎo)入十字四通管，觀察到煙向十字四通管左右兩側(cè)飄動(dòng)。在十字四通管左側(cè)略偏下處點(diǎn)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(huì)集中向左側(cè)飄動(dòng)，出管口后豎直向上飄動(dòng)。此時(shí)，幾乎無(wú)煙飄向右側(cè)。將燃著的酒精燈移到十字四通管的右下側(cè)，觀察到原來(lái)向左側(cè)飄動(dòng)的煙會(huì)反向移動(dòng)，與新產(chǎn)生的煙一起集中飄向右側(cè)，出管口后豎直上升。煙的飄動(dòng)顯示了空氣的流動(dòng)，而水平方向的空氣流動(dòng)是從高壓流動(dòng)到低壓，即空氣帶動(dòng)著煙從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，我們可以知道當(dāng)空氣受熱，壓強(qiáng)減小了，即溫度高的一側(cè)形成了低壓環(huán)境。

本實(shí)驗(yàn)從設(shè)計(jì)之初的一字型硬質(zhì)玻璃管[2]改良為T型管，最后改進(jìn)為十字四通管，最大程度上解決了因玻璃管壁對(duì)熱煙通路的阻塞對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響。不斷地改進(jìn)管徑及管長(zhǎng)，最終確定豎管內(nèi)徑為9毫米，管長(zhǎng)10厘米;橫管內(nèi)徑為15毫米，管長(zhǎng)14厘米，硬質(zhì)玻璃管壁厚2毫米。實(shí)驗(yàn)中借助家庭用塔式熏香燃燒產(chǎn)生較多安全有顏色的輕質(zhì)熱煙演示（必要時(shí)可用紅光手電筒加強(qiáng)煙的顯示效果），使得空氣從高壓處到低壓處的流動(dòng)過(guò)程具體可感。在這樣一個(gè)開放的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)空氣的對(duì)流，解決了容器壁對(duì)空氣流動(dòng)的影響問(wèn)題，彌補(bǔ)了教學(xué)中實(shí)驗(yàn)的空白。

借助本裝置還可以演示氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系：熄滅酒精燈，換用小風(fēng)扇。在十字四通管左側(cè)吹，可觀察到管內(nèi)煙集中向左飄動(dòng);平行于四通管右側(cè)管口方向吹，可觀察到管內(nèi)煙又集中向右飄動(dòng);平行于上端管口吹，發(fā)現(xiàn)煙又從上端管口飄出，可證明“氣體流速越大，壓強(qiáng)越小”[2]的結(jié)論。這樣從空氣本身流動(dòng)的角度來(lái)呈現(xiàn)壓強(qiáng)變小的事實(shí)，學(xué)生對(duì)流速與壓強(qiáng)之間關(guān)系也有了直觀的感知。

3 ? 實(shí)驗(yàn)達(dá)成的效果

通過(guò)創(chuàng)新和改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生克服了錯(cuò)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(rèn)識(shí)，完成了對(duì)空氣對(duì)流形成原因的實(shí)驗(yàn)探討。同時(shí)強(qiáng)化了對(duì)“氣體的流速越大，壓強(qiáng)越小”[1]的理解。

4 ? 結(jié)語(yǔ)

新一輪的課改對(duì)教師的教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量都提出了更高的要求。在中學(xué)科學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)占據(jù)相當(dāng)大的比例和重要的地位。本文結(jié)合作者的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了自制教具對(duì)教學(xué)的作用，較好地完成教學(xué)大綱提出的教學(xué)任務(wù)，提高了教學(xué)效率。

該實(shí)驗(yàn)材料易得，操作容易上手，易于推廣，教學(xué)效果立竿見影。無(wú)論是教師演示還是學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)都可，現(xiàn)象直觀，變復(fù)雜推理為直接實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)、思考的能力，對(duì)提高學(xué)生的創(chuàng)新精神也有積極作用，同時(shí)增強(qiáng)“科學(xué)就在我們身邊”勇于探究的使命感。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱清時(shí)主編.義務(wù)教育教科書科學(xué)[M].浙江：浙江教育出版社，2013：59，63.

[2] 邵正.初中科學(xué)高溫低壓創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2016，33（Z1）：56-57.