“大气压强”一课实验改进与创新研究

摘要：利用生活中的常见器材，对传统的瓶吞蛋实验和覆杯实验进行实验改进，并引导学生用多种实验方案粗测大气压值，发散学生的创新思维.
关键词：实验改进;实验创新;不足;优势;实验细节
作者简介：刘培培（1982-），女，山东烟台人，本科，中学二级教师，研究方向：初中物理教学.
1实验改进与创新背景
“大气压强”是鲁教版初中物理八年级下册的内容，由于大气特殊的存在形式——看不见摸不着，学生理解起来比较抽象，为了证明大气压强的存在，帮助学生直观，形象的认识和理解大气压强，本节课需要通过大量演示实验感知大气压的存在，但传统的瓶吞蛋实验，实验现象的时间很短，不易观察，覆杯实验易让学生产生错解，认为卡片不掉落是因为被水黏住的，所以要对这两个传统实验进行改进.虽然托里拆利实验已准确测出了大气压的值，但是水银有毒，不能进行分组实验.考虑到初中生具有强烈的好奇心，求知欲和表现欲，喜欢动手和动脑，所以尝试利用生活中的常见物品，对本节课粗测大气压的方案进行实验创新.
2实验创新研究
2.1创新实验一： 水往高处流
2.1.1实验目的
打破以往“水往低处流”的经验主义，引起学生的认知冲突，激发学生强烈的求知欲.
2.1.2实验器材
输液玻璃瓶，输液管，水槽，100ml容积的注射器
2.1.3操作方法
将输液玻璃瓶、输液管、注射器（如图1所示）组装好，用注射器将玻璃瓶中的气体抽出一部分，关闭活塞，然后将输液管插入水槽中，打开活塞，可以观察到水像喷泉一样喷入瓶中（如图2所示），及时提问：“是什么力量使水从低处流向高处呢？”引入课题.课后拓展：闲置管的作用，打开活塞开关，刚开始水往外流，但是过一会水不向外流了（如图3所示），再打开上边的扣，水继续流出（如图4所示），学生易明白输液装置闲置管的作用.
2.1.4实验细节
（1）提前将注射器的活塞在热水中浸泡一会儿，可以提高装置的气密性.
（2）用带扣输液器代替有闲置管的输液器，增加实验的神秘感，操作方便和讲解闲置管的作用.
2.2创新实验二：粗测大气压
2.2.1实验目的
学生分组粗测大气压值，经历科学探究过程，多种实验方案发散思维.
2.2.2传统实验的不足
虽然托里拆利实验已经准确测出大气压的大小，但水银有毒，学生不能进行分组实验，学生缺少探究测量大气压值的体验.传统实验借助的是弹簧测力计，玻璃板，吸盘和刻度尺，需要测出吸盘的面积和吸盘脱落瞬间弹簧测力计的读数，但吸盘脱落瞬间时间非常短，读数不准确;吸盘脱落瞬间的面积远小于吸盘的面积，误差非常大;实验室中弹簧测力计的量程最大为10N，量程不足.这些因素会导致学生不能亲自测量大气压的大小，非常遗憾.
2.2.3创新实验
（1）实验器材：体重秤（量程90kg）、大水桶、水、玻璃板、吸盘、电子秤（量程50kg）.
（2）小组设计实验方案如下：
方案一：将吸盘蘸水后挤压在桌面上，用电子秤竖直向上拉吸盘，吸盘刚好脱落时读出示数F拉，此时大气压力等于拉力，用刻度尺测出吸盘脱落时的直径，从而算出吸盘脱落时的横截面积S;根据p=F拉S算出大气压强.
方案二：将吸盘蘸水后用力擠压在玻璃板上，吸盘上挂一个塑料桶，不断的往桶里加水，当吸盘刚好脱落时，用体重秤测出桶和水的总质量m，根据G=mg求出水和桶的总重，此时大气压力等于重力;根据p=GS算出大气压强.
方案三：读出注射器带刻度的容积V，用刻度尺测出带刻度部分的长度L，则面积S=VL，将注射器活塞推到底部，空拉活塞，读出活塞刚好被拉动时的最大静摩擦力为f最大静，再将活塞推到注射器底部，堵住小孔，活塞刚好拉动时读出拉力F拉，则大气压力F压=F拉-f最大静，根据p=（F拉-f最大静）LV计算出压强.
（3）进行实验并收集数据
2.2.4实验细节
（1）改进实验器材
用电子秤代替弹簧测力计，电子秤量程较大，吸盘脱落瞬间直接显示示数，易读数;
（2）进一步减小实验误差
①精算吸盘面积
吸盘外侧一圈内外大气压相通，测量时要去除这部分面积（如图11所示）.大气压力作用的这部分吸盘的面积在吸盘脱落瞬间是变化的，用坐标纸多次实验得到拉动瞬间时的面积（内圈面积如图12所示），大大减小了实验误差.
②测量最大静摩擦力
方案三中，活塞被拉动瞬间不仅存在拉力和大气压力，还有最大静摩擦力，空拉时测出最大静摩擦力，在很大程度上减小了实验误差.
3实验改进研究
3.1改进实验一：瓶吞蛋实验
3.1.1实验目的
证明大气压强的存在，使实验效果更明显.
3.1.2传统实验的不足之处
传统实验用广口瓶和鸡蛋进行实验，实验现象时间较短，来不及观察就结束了;其次广口瓶受热不均匀，不能向瓶底浇热水取出鸡蛋，鸡蛋不能重复利用，造成资源浪费.
3.1.3改进后实验过程
先将烧瓶浸没在热水中片刻，放上鹌鹑蛋，再浸没在凉水中，可以看到蛋慢慢的向下运动，最后被“吞”入瓶中（如图13所示）;再将烧瓶倒置在铁架台上，向烧瓶底部浇热水，蛋又会慢慢“吐”出来（如图14所示）.
3.1.4实验细节
（1）蛋要新鲜，最好提前浸泡在热水中，减小“吞吐”时的摩擦力.
（2）冷热水温差要大一些.
3.2改进实验二： 覆杯实验
3.2.1实验目的
纠正学生的错误认识，证明大气压强的存在.
3.2.2改进后实验过程
实验器材借助注射器、废弃的卡片进行实验.如果卡片是被水黏住的，堵住小孔和松开小孔卡片都应该不掉落.实验现象：堵住注射器顶端小孔，卡片不下落;松开堵住的手，卡片下落（如图15所示）.实验现象有力地证明了大气压的存在，纠正了卡片是被水黏住的错误认识.
3.2.3实验细节
要想证明卡片不是被水黏住的，只需在瓶的底部打一小孔即可，用针在纸杯底部扎小孔，但是纸杯较软，手握纸杯中部会使纸杯变形，挤压导致卡片掉落.扎孔瞬间，卡片很快掉落，学生可能会认为扎孔的力量使卡片掉落，实验效果不好（如图16所示），最后选择注射器克服以上问题.另外，卡片纸太薄被水浸湿后容易变软，塑料卡倾斜时摩擦力较小易掉落，实验效果不好，所以选择硬卡纸进行实验.
4实验改进与创新的优势
4.1取材容易，可操作性强
实验所用器材均为日常生活用品，简单易得，可操作性强，让学生体会到物理与生活是密不可分的.
4.2注意细节，减小误差
粗测大气压的方案中，去除吸盘面积的变化和最大静摩擦力，大大减小了实验误差.
4.3多种方案，发散思维
小组分享不同大气压的测量方案，使同学们掌握了更多测量大气压的方法.
参考文献：
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