简易严谨验证大气压存在的教具设计

陕西省西咸新区沣西新城大王初级中学(710301) 陕西省西安市鄠邑区北关初级中学(710300)

李参军 屠露燕 赵金妮 陈雪妮

大气压存在的实验是初中物理中一个比较重要的实验，但是传统典型的实验都存在一些弊端或问题。例如，传统的覆杯实验难以排除粘力引起的疑惑、瓶吞鸡蛋等实验则需要利用气体压强的知识(学生未学压强与质量的关系难以理解)、模拟马德堡半球实验的器材又比较复杂。而利用本文设计的教具进行实验则不但思路清晰严谨，而且所用器材简单、环保。

1 实验器材

底部带孔的矿泉水瓶、硬纸片、水、烧杯(水杯)、水槽(脸盆)。矿泉水瓶要求质地比较硬，实验中不易变形。小孔应该用针扎在矿泉水瓶底部平面处。纸片宜较硬较厚，且建议只使用一次，因为第二次实验时纸片会变湿变软，实验难以成功。

2 实验步骤

(1)用一只手捂住矿泉水瓶底部的小孔，将矿泉水瓶中装满水，如图1所示。

图1 将矿泉水瓶装满水

(2)将硬纸片盖在矿泉水瓶瓶口上，用另一只手压住硬纸片使其与矿泉水瓶紧密接触，如图2所示；然后将矿泉水瓶倒置(手始终捂住小孔)，再放开紧压纸片的手，让学生观察硬纸片和水是否下落并思考其原因，如图3所示。结果显示纸片和水均不下落。

图2 用硬纸片压紧瓶口

图3 捂住小孔水不流下

(3)放开捂住小孔的手，让学生观察硬纸片和水是否下落并思考其原因，如图4所示。结果显示放手后纸片和水立即下落。

图4 放开小孔水流下

(4)实验时捂住小孔的手用力要适度，最好在矿泉水瓶底部附近用力，不能使矿泉水瓶发生明显变形。要确保手指捂住小孔，保证空气不进入矿泉水瓶中。实验时不能使用湿的易变形的纸片。

3 使用教具完成实验的特点

3.1 符合教学性要求

该实验第2步放开拖住硬纸片的手后本来因为重力作用要下落的硬纸片和水没有下落，可以通过反常规现象引起学生的注意，激发学生进一步探究的兴趣，体现了教学的直观性与趣味性；而该实验第3步和第2步利用了对比法，可以非常直观的说明硬纸片和水不下落不是因为水的粘力，只能是大气压引起的，体现了教学的科学性和严谨性。

3.2 符合科学性要求

实验设计科学、严谨，通过对比实验说明了硬纸片和水被拖住不是由于水的粘力，而只能是大气压的作用，相对于传统的覆杯实验更科学、严谨。

3.3 符合创新性要求

查阅相关文献可以发现类似的教具和改进实验，但是该教具改进的实验仍有独到的创新之处。例如，有的实验改进为了便于穿孔利用一次性纸杯或较软的矿泉水瓶做实验，虽然实验原理可行，但是因为纸杯(软矿泉水瓶)极易变形，实验操作很难成功，而本教具选用质地较硬的矿泉水瓶可以很好解决这一难题。为了保证实验100%的成功，实验最好在靠近矿泉水瓶底部用力，这样瓶子不易形变或形变最小。如果不考虑废物利用，本教具采用底部穿孔的塑料杯效果更好，操作也更简单。其实，不少对比实验是先做传统的覆杯实验，再打孔做对比实验，这样完成的实验缺乏连贯性，可能有学生怀疑两次实验用力不同导致粘力不同，不能彻底打消学生疑虑。而本改进实验提前打孔，实验时一气呵成，可破解学生的疑虑。

3.4 符合启发性要求

首先，实验第2步设置悬疑可以引发学生的兴趣和思考；实验第3步前教师也可以提出这不是水的粘力的作用，让学生思考并设计后续的步骤，以此启发学生设计实验的能力。其次，实验的器材随手可得，操作简单，每个学生都可以自行实验，这样可以极大地提高学生的参与意识，而且学生在实验中可以不断地发现问题、交流问题，从而学会有效的解决问题，提高学生的合作意识。

3.5 符合实用性要求

实验中矿泉水瓶、硬纸片等材料随处可见，而且是废物利用，不但造价低廉，操作简便，易于推广，而且体现了节能环保的可持续发展理念。

4 小结

总之，教具设计和实验改进的理念是：利用常见廉价的器材，通过简单趣味的实验，得出深刻严谨的实验结论。