关于“气体压强的产生”实验装置的改进——设计报告

康峰

一、实验器改进思路

为了能直观形象的模拟气体分子对器壁的撞击作用，全日制普通高级中学物理教科书，选修3-3第八章第四节《气体热现象的微观意义》一节中，对气体压强的产生过程设计了一个模拟实验，即把小滚珠往电子秤盘上分次、由少而多地倾倒，观察秤的指针摆动幅度（如图1）。这个实验同样效果明显，然而，笔者发现：在实验时撒落的小滚珠四散难收、实验场地混乱，而且做实验时有部分小滚珠会停在秤盘上，这些小滚珠的重量也会使秤的指针摆动，这样就会使模拟气体分子撞击器壁的直观形象度大打折扣，学生容易发生误解，且用电子秤盘做该实验，实验成本较高。

为此，笔者指导学生设计了两种方案用来“模拟气体压强的产生”。现将实验装置和创新的实验过程作一介绍，愿与同行共商自制教具运用于课堂教学实践的技巧和必要性问题。

二、制作材料

一個闲置的玻璃花瓶、一长一短两段软弹簧、细线、挂钩、一个中间凸起的圆形托盘（洗洁剂塑料瓶自制）、一个圆形铁片（废弃易拉罐瓶盖自制）、一个塑料瓶盖、一个红色橡皮筋圈、一杯米粒等。

三、制作方法

方案一：

1.在一个自制软弹簧的上端拴上线并系上挂钩，下端挂着的中部凸起的圆形托盘组成一个自制的弹簧秤（如图2）；

2.将其挂在一个闲置的玻璃花瓶边缘上（如图3）；

3.外加一杯米粒来模拟气体分子（如图4）。

方案二：

1.将一个自制圆形铁片和一个塑料瓶盖分别系在一较长的软弹簧两端（如图5），并将其置于玻璃花瓶底部（如图6）；

2.同样外加一杯米粒来模拟气体分子。

四、创新的实验过程

让两位学生上讲台互相配合操作，代替教师做演示实验，真正发挥学生的主体作用。

实验过程：

1.方案一：把自制的弹簧秤悬挂于一闲置的玻璃花瓶内（或方案二中：把自制的弹簧秤置于玻璃花瓶底部），使圆形秤盘位于玻璃花瓶中心，周围不靠花瓶壁。

2.用米粒做空气分子模型，把装有米粒的杯子拿到玻璃花瓶的正上方一定位置处，将少量米粒慢慢倒在玻璃花瓶内的秤盘上，可看到秤盘会下降到一定的刻度处。

3.再在相同的高度把大量米粒持续快速地倒在小秤盘上，秤盘会下降到较大一段距离处后基本稳定不动（演示效果：方案一见图7。方案二见图8）。

五、演示效果

1.微观变宏观、抽象变直观，化繁为简，便于观察理解。

2.实验现象明显、趣味性强，全班同学抢着上讲台争着做演示，抢不上的也安心静静地观察、思考，或相互探讨模拟实验的真谛——气体压强产生的必备条件。

3.实验演示直观形象，突破了教材难点，创设了情境化物理教学氛围，有助于活跃课堂气氛。用简易的自制教具做实验，更能引起学习兴趣，激发创新意识，达到意想不到的效果。

4.实验后，让同学们相互讨论，很快便总结出：气体的压强产生于气体分子对器壁地撞击过程，它的大小取决于气体分子的密集程度和平均动能，场面严肃，气氛活跃。

六、仪器优点

用现有的极普通的废料制作，将中间凸起的圆秤盘挂在一个闲置的玻璃花瓶内，或将带有圆秤盘自制的弹簧秤置于玻璃花瓶底部，米粒既不会停留在秤盘上，也不会撒落到地面上，绿色环保、携带方便。并且利用课余时间进行制作，可激发学生的实验兴趣，活跃思维、激发学生的创新意识，提高自制兴趣，培养动手、动脑能力。做实验时，现象明显、趣味性强，用于教学实践后提高了教学效果。可以帮助师生进一步理解和掌握教村内容，改进后的实验装置成本低、易操作，也可解决贫困地区中学物理自制开展难、实验教具困乏的问题，对提高中学物理教学有重要意义。

七、总结、评价、交流与应用

在课堂时间地点的限制下，通过学生上讲台做演示实验，既调动学生的积极性，同时也打破了教师做演示实验学生看的常规，学生自己动手、独立思考、相互探讨、共同归纳出实验结论，真正发挥了学生的主体作用，而教师只是在关键的时候从旁给予一些必要的点拨和启发。同学们都感到轻松愉快，他们在欢悦的情境中轻而易举地掌握了课本内容。笔者尝试用该自制教具做创新实验，实验效果明显。基本实现了以学生为主体，教师为主导的新课改要求。用小米粒模拟气体分子，使微观的东西得以宏观化，抽象的方法得以形象化，创设了情境，激发了情意，从而把通用技术的思想和方法渗透到物理演示实验当中。