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标题 “托里拆利实验”的改进
范文

    吕淑君

    

    

    

    摘? 要:华师大版教材中的“托里拆利实验”是大气压强教学中的难点,通过分析教材实验,发现教材中的实验存在许多不足之处。文章通过对教材实验不足的分析,对该实验进行改进,并从实验原理、制作方法、实验步骤以及设计特色等方面介绍了该改进实验。

    关键词:氧气含量;实验原理;制作方法;实验步骤;设计特色

    中图分类号:G633.7 文献标识码:A ? ? 文章编号:1003-6148(2019)10-0053-2

    “托里拆利实验”源自华师大版八上第三章第3节《大气压强》。在传统的实验装置中,托里拆利管和水银槽是分离的,在灌水银时空气容易留在管中,水银又容易溢出,因此操作较难;而在倒置托里拆利管到水银槽的过程中,手指必须堵住管口,并将管连同手指一起放入到水银槽中,操作难度较大,一旦操作不稳,水银难免会溅出,水银有毒,缺乏安全性。因此,教参中建议这个实验可以不做,用视频等方法代替。

    但“托里拆利实验”对于认识大气压强的值是非常重要的,它是物理学史上的一个重要实验。而学生只凭视频或图片,没有通过直观的实验和现象,无法理解用“托里拆利实验”测量大气压大小的原理,在之后的练习中就容易出现解题困难的情况。因此,仍然有必要给学生演示“托里拆利实验”。鉴于该实验的不足,进行了一些改进。

    1? ? 实验装置图(图1)

    2? ? 实验原理

    将玻璃管注满水银后竖立,玻璃管内没有空气,随着水银柱的下降,管内水银液面的上方形成真空,管外水银液面受到大气压强,大气压支撑管内的水银,管内水银柱的压强等于大气压强。根据公式p=ρgh得到大气压强的值。

    3? ? 材料准备

    注射器1个、托里拆利管1个、传统托里拆利管支架1个、红色塑料板、长方形木板1块、黄色贴纸、铁丝、棉线、橡皮管、铜丝、铁皮、刻度尺贴纸、螺丝、螺帽、水银。

    4? ? 制作方法

    (1)在传统托里拆利管支架左侧的长木板上贴上0~90 cm的刻度尺贴纸。

    (2)用红色塑料板剪出指针状,用螺丝安装在刻度尺0刻度处。

    (3)在刻度尺面上挖出长条形小槽,用红色塑料板剪出长指针状,并用螺丝、螺帽安装在小槽上,且整个指针能在小槽中上下移动。(图2、图3)

    (4)在刻度板的背后安装用木板制成的长方体背景板,并用黄色贴纸贴上颜色。

    (5)在背景板正面上画一条红色的竖直线,用作托里拆利管竖直的标准线。

    (6)在红色竖直线的上方安装一个铁圈,用于固定竖直的托里拆利管。

    (7)在背景板的后面固定一条一端系铁圈的细线,用于固定倾斜的托里拆利管。

    (8)拿掉注射器活塞,在注射器管壁上安装一块打了2个小孔的铁皮片。

    (9)将注射器管口与托里拆利管口用橡皮管连接,组合成一个U型连通器。(图4)

    (10)用细铁丝制作2枚铁丝钩。

    (11)在支架左侧的长木板挖出一层夹缝。

    (12)将注射器上的铁皮片插在上述的夹缝中,并将铁丝钩穿入铁皮片的2个小孔中,固定注射器。

    (13)将整个连通器安装在支架上。

    5? ? 实验步骤及现象

    (1)拆下托里拆利管,将一根铜丝伸入连通器中直到托里拆利管底,以便倾倒水银时管中的空气容易顺着铜丝排出管外。

    (2)从连通器管口处将水银灌入,此时不断地抖动托里拆利管,加快空气出来的速度,直至注射器中有水银为止。

    (3)抽出铜丝,将装满水银的托里拆利管装回支架上,与背景板中的竖直线重合,并用上方的铁圈固定。

    (4)调节连通器左边注射器的高度,使其内的水银液面对准0刻度线。

    (5)当管中水银柱稳定后,调节刻度板上的长指针,与托里拆利管中水银液面对齐,读出水银柱的高度,此高度的水银柱产生的压强大小就为此刻大气压強的大小。(图5)

    (6)改变托里拆利管的倾斜角度,并用背景板后面的铁圈固定,观察水银柱的高度,发现高度不变。(图6)

    6? ? 设计特色

    (1)用注射器、托里拆利管和橡皮管组装成U型连通器,防止灌水银时水银溢出,大大降低了人体与水银接触的可能性,提高安全性。

    (2)灌水银前在管中插入铜丝,以便倾倒水银时,管中的空气容易顺着铜丝排出管外。

    (3)背景板正面的竖直线和铁圈,解决了玻璃管竖直时无法固定的问题。

    (4)背景板背面带铁圈的细线解决了玻璃管倾斜时无法固定的问题。

    (5)U型连通器可拆卸,便于实验结束后倾倒水银以及清洗。

    参考文献:

    [1]袁运开.义务教育教科书科学八年级上册[M].上海:华东师范大学出版社,2014:48.

    (栏目编辑? ? 王柏庐)

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更新时间:2025/3/14 22:47:02