初中物理“估测大气压的值”实验改进

李自东

【摘 要】初中物理实验中“估测大气压的值”实验因为一些因素的影响，使实验结果与标准大气压差异较大，本人在教学一线任教数年，根据多年的教学经验对实验进行了改进，减小了实验误差对实验结果的影响，使之更接近标准大气压。

【关键词】大气压；标准大气压；改进；平衡状态

在江苏科技版物理课本八年级下册课本86页活动10.7估测大气压的值实验过程中，利用弹簧测力计、2ml注射器、刻度尺粗略测量大气压的值，在以前的苏科版教材中，利用的是托里拆利演示实验，现在教材使用的实验与托里拆利实验相比有其优点：一是由原来的演示实验变成学生的分组探究实验，可以让学生经历大气压值的测量过程，感受大气压值的大小，二是水银的挥发对学生和老师的身体造成伤害可以完全避免，三是学生对大气压现象及大气压的值的理解更容易，达到了很好的探究效果。

教材上明确了实验器材及步骤：

实验器材：弹簧测力计、刻度尺、2ml的注射器等。图1 实验装置图

课本上明确指出了实验的器材及步骤：

1.将注射器的活塞推至注射器筒的底端，排尽筒内的空气，然后用橡皮帽封住针筒的小孔。实验过程中发现，注射器中的空气始终无法排净，在注射器的尖端部分还会存留有极少的空气，使针筒中不能处于真空状态，影响实验的测量结果。

2.规范组装器材，用水平向右的力缓慢拉动弹簧测力计，当注射器的活塞刚开始滑动时，活塞受到的拉力与大气压力二力平衡，即弹簧测力计的示数（拉力）等于大气压力。实验证明，弹簧测力计对活塞的拉力与大气压力差距很大，这样测量出来的大气压值就会出现很大的误差。

3.活塞的横截面积s可以用注射器的容积V除以长度l（指注射器针筒上全部刻度部分的长度），即s=v/l。

4.由p=F/s计算出此时大气压的数值。

根据上面的实验方法，笔者和学生一起完成实验，收集的数据如下：

根据实验及收集的数据，笔者发现实验中存在一些瑕疵：

1.在实验中，因为当注射器的活塞推至底端时，注射器无法完全排净尖端的空气，所以不能形成真空状态，会存留有一个空气柱，就会对活塞产生大气压力，使测量的大气压力偏小，根据公式p=F/s计算的大气压值就会偏小。

2.实验过程中当注射器中的活塞刚开始滑动时，根据二力平衡的知识可知，拉力（弹簧测力计的示数）近似等于大气压力，但根据实验过程分析可知，在弹簧测力计刚开始滑动时，注射器活塞与注射器的筒壁之间存在着摩擦力，且摩擦力的方向与拉力的方向相反，也就是说此时的平衡狀态是三力平衡，F■=F■+f■，所以F■=F■-f■，所以此时测量出的大气压力较真实的大气压力偏小，而活塞的横截面积不变，根据p=F/s计算出此时大气压的数值偏小。

根据实验的数据可以发现，测量出的大气压与标准大气压值的差距较大，分析实验数据可以发现有两个因素影响了实验结果，一是注射器的活塞与筒壁之间的摩擦力存在，二是注射器尖端残留的空气柱使大气压力偏小，那么会发现注射器尖端残留的空气柱使大气压力偏小，应该是大气压偏小，所以两个因素中第一个因素起到了主要作用。

那么针对上述的实验设计的瑕疵，笔者在教材原有实验设计的基础上作了一些改进。

（1）针对注射器尖端残留的空气柱的改进

因为在注射器活塞推至底端后，总是会在注射器尖端残留有空气柱，我们可以事先将注射器吸入少量的水，将注射器倒置，轻弹注射器中部排除气泡，然后将轻轻注射器的活塞推至底端，那么就会在注射器的尖端保留一段水柱，这样再套上橡皮塞就可以使注射器内部处于真空状态，再按照实验步骤进行下面的实验，就减小了这个因素对实验结果产生的实验误差。

（2）针对注射器活塞与注射器的筒壁之间存在着摩擦力的改进

注射器活塞与注射器的筒壁之间的摩擦力是无法消除的，那么我的思路是可不可以事先测量出来注射器活塞与注射器的筒壁之间的摩擦力，然后再用测量出来的大气压力减去这个摩擦力，这样测量的大气压力误差就比较小了。具体可以这样做：用一细绳系住活塞，用弹簧测力计缓慢拉动活塞，当活塞匀速滑动时，活塞与注射器筒壁之间的摩擦力与弹簧测力计对活塞的拉力是一对平衡力，即f■=F■，然后注射器吸入少量水，排除气泡，将活塞推至底端，套上橡皮帽，水平向右拉动活塞，当活塞刚开始滑动时，读出弹簧测力计的示数为F，则大气压力F■=F-f■，那么大气压力就测量出来了，可以多次测量大气压力取其平均值，然后利用p=F/s计算出此时大气压的数值，这样就减小了注射器活塞与注射器的筒壁之间的摩擦力对实验结果的影响。

笔者与学生按照改进后的实验设计进行实验，数据记录如下：

利用改进后的实验方案测量出的大气压值会更接近于标准大气压的值，实验误差相对较小，学生在充分讨论交流的基础上总结了影响实验结果的因素，并对解决的办法进行讨论群策群力，通力合作，既体现了“学讲计划”中的小组合作意识，又锻炼了学生解决问题的能力，起到了很好的教学效果。endprint