探究“覆杯实验”成败的原因

河北省高邑县音体美中学 田利波 宋立端

探究“覆杯实验”成败的原因

河北省高邑县音体美中学 田利波 宋立端

在讲“大气压强”一节时，课堂上我用“马德堡半球实验”演示了大气压强的存在，同时也给学生留下了一个课外活动作业：仿照课本上用试管灌满水盖上纸片后，倒过来水不会流下来的实验，回家找其他器材做类似的“覆杯实验”，再次验证大气压强的存在。令我始料不及的是，第二天上课时很多学生说实验失败，有的说偶尔能成功，只有个别学生说能成功，这是怎么回事呢？

提出问题：既然大气压强确实存在，为什么会有这么多学生实验失败呢？

做出猜想：结合学生所述情况，我分析影响实验成败的因素可能有以下几个：①“瓶口”大小；②“瓶子”材质；③“纸片”材质；④“纸片”大小。

进行实验：1.找来不同类型的“瓶子”，有试管、水杯、一次性纸杯、矿泉水瓶、集气瓶。

2.找来不同类型和大小的“纸片”，有书纸、A4打印纸、塑料片、玻璃片。

3.运用控制变量法将这些“瓶子”和“纸片”分别组合做“覆杯实验”，并对实验结果进行对比，分析成败原因。（部分实验情景如下图）

实验结果：（见下表）

实验结论：从表中可以看出，较大的“纸片”成功率低。

结论分析：通过测量“瓶口”直径，根据公式F＝PS计算得出，“瓶口”最小的试管口所受到的大气压力约为20牛，远大于“纸片”的重力，可见导致实验失败的原因并不是“纸片”的重力较大。实验失败的原因有以下几点：

玻璃片较大较小塑料片较大较小纸片较大较小类型大小实验序号试管集气瓶水杯纸杯矿泉水瓶1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 ×√√× × 1 × ×√× × 2 ×√× × × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 ×√√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√√× 3√√√√√注：“√”表示成功，“×”表示失败

1.试管成功率较低，经检查试管口虽光滑但不平整，在使用较硬的“纸片”覆盖管口时，容易使管口边缘有空气进入而导致实验失败。

2.虽然纸片重力不是导致实验失败的原因，但是对于较大的纸片，由于重力使没有与“瓶口”结合的部分下垂变形漏气，导致实验失败。

3.大的塑料片和玻璃片重心较难找，在“纸片”稍稍发生倾斜时使气泡进入导致实验失败。

4.矿泉水瓶和纸杯由于材质较软，在倒过“瓶口”将其上提时，手不可避免地会对杯体产生压力使杯体变形，导致实验失败。

实验总结：“覆杯实验”要想成功：①要找“瓶口”较大的“瓶子”，“瓶口”面积大，大气压产生的压力也大；②要用材质较硬且不易变形的“瓶子”；③“纸片”要比“瓶口”稍大以使重心稳定；④要用韧性较好的柔软的纸，用水浸湿后与“瓶口”贴合较好,成功率较高。