“密闭气体压强大小变化演示器”的制作及演示方案

王来喜

(宣城市宣州区水阳中心初中 安徽 宣城 242044)

1 教具的教学意义和价值

密闭气体压强大小变化比较抽象，是高中物理知识范畴，但在初中物理中利用大气压强知识解释有关现象时，往往又会涉及到密闭气体压强大小的变化问题，有些教师会简单解释为大气压强的作用，学生难以理解.合理的解释思路：因密闭气体的体积、温度、量的变化而导致密闭气体压强发生改变，即密闭气体存在内外压强差(外为大气压强)，在压强差的作用下产生了一些有趣的现象.基于以上思路自制了密闭气体压强大小变化演示器，通过该实验装置的演示，学生能从感性的角度知道密闭气体压强大小与气体的体积、温度、量的变化有关，形成正确的大气压强现象解释思维[1].

2 教具装置图

教具装置如图1所示.

图1 教具装置图

3 教具特点及用途

3.1 特点

本教具通过4个演示，使密闭气体压强大小变化教学形象化、直观化，模拟现象更为科学、生动和有趣[2].

3.2 用途

通过演示得出以下结论：

(1)密闭气体压强与气体的量有关.在其他因素不变时，气体量越少，密闭气体压强越小.

(2)密闭气体压强与气体的体积有关.在其他因素不变时，气体体积越大，密闭气体压强越小.

(3)密闭气体压强与气体的温度有关.在其他因素不变时，气体温度越高，密闭气体压强越大.

(4)密闭气体压强小于外界大气压强时，会出现密闭气体体积变小的现象.密闭气体压强大于外界大气压强时，会出现密闭气体体积变大的现象.开放式空间气体压强等于大气压强.

4 制作材料

①点滴瓶(或饮料瓶)，②橡皮塞，输液管1根(下端剪断，长约为50 cm，带输液控制阀2个)，③3 cm长输液管，④注射器(50 ml)，⑤注射针，⑥烧杯(内盛淡红墨水)，⑦铁架台，⑧热水(水瓶内装开水).

所需材料如图2所示.

图2 制作材料

5 制作方法

输液管上端连接细管，细管连接注射针，插入瓶口密封橡皮塞(图3)，深入瓶子的里面，将瓶子固定在铁架台上，如图4所示.输液管下端与注射器连接，如图5所示.连接完成后的装置如图6所示.

图3 输液针插入瓶子

图4 固定在铁架台上

图5 输液管与注射器连接

图6 完成后的装置

6 使用方法

(1)将本教具组装好，瓶中不装水，打开输液控制阀A，关闭输液控制阀B，输液管A下端连接注射器，用注射器抽取瓶内空气后，关闭输液控制阀A，取下注射器，将输液管A的下端插入装有红墨水的烧杯中，打开输液控制阀A，发现烧杯内水通过输液管A进入瓶中形成喷泉现象.(瓶内气体压强小于瓶外大气压强，原因是瓶内空气被抽去了一些，即瓶内气体量减小了)

(2)瓶中装约半瓶水，打开输液控制阀A，关闭输液控制阀B，发现瓶中水开始有水流出，流速越来越慢，最后不能流下来.(瓶内气体压强小于瓶外大气压强的作用，瓶内气体压强减小的原因是瓶内气体的体积变大了)

(3)打开输液控制阀B，发现瓶中水通过输液管A能流出，瓶外空气不断通过输液管B进入瓶内.(瓶内气体压强等于瓶外大气压强的作用，相互抵消，在重力的作用下能持续往下流.瓶外空气不断进入瓶内，即瓶内气体量增加，导致瓶内气体压强在体积不断增大的情况下能维持内外压强相等)[3]

(4)关闭输液控制阀A和 B，瓶中装入一些开水，取下瓶塞，摇晃一会，使瓶很热，迅速塞上瓶塞，将输液管A的下端插入装有红墨水的烧杯中，打开输液控制阀A，发现烧杯内水进入输液管A形成液柱，甚至进入瓶中形成喷泉现象.(瓶内压强小于瓶外压强，瓶内气体温度降低了)

综合以上实验现象可得出：密闭空间气体压强大小与气体的体积、温度、量的变化有关.密闭空间气体压强小于外界大气压强时，往往会出现气体体积变小的现象.密闭空间气体压强大于外界大气压强时，往往会出现气体体积变大的现象.