自制教具新型大气压强演示仪

摘 要：为了改善初中物理大气压强的实验教学效果，降低知识难度，让学生更容易掌握知识点，笔者特制作新型大气压强演示仪.通过对自制教具的简化和演示实验现象的放大，有利于教師帮助学生理解大气压强的相关知识.

关键词：自制教具;新型大气压强演示仪;演示实验改进

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）24-0031-02

作者简介：马生仁（1980-），男，宁夏吴忠人，本科，中学一级教师，研究方向：初中光学实验.

在人教版八年级物理第九章第3节“大气压强”教学中，笔者发现著名的托里拆利实验只能教授，不能实验，为改变传统教学法，在课业之余动手制作新型大气压强演示仪.

物理中的很多物理概念、规律都是建立在大量的实验基础之上，再运用物理方法通过推理概括、总结而成.物理课程基本理念要求我们：“面向全体学生，提高学生科学素养;教学要贴近学生生活，激发学生的学习兴趣;要提倡多样化的教学方式，注重科学探究，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养其创新精神和实践能力.”这就要求教师在物理教学中不断地改进实验器材，尽量运用实验教学提高课堂教学效率.

1 设计理念及制作意图

著名的托里拆利实验是在一个标准大气压中，利用水银测量大气压值.但教师在日常教学中容易受到客观条件限制很难演示成功，比如水银有剧毒，在常温下又容易蒸发不便于演示;水的密度比水银小，所需实验试管的长度要超过十米，不便于携带.而自制教具新型大气压强演示仪用水代替水银提高实验的安全性;用粗细两管来改变两管内气压之差，不仅能够演示气压托起管内的水柱，还能直观地演示液柱高度与气压的关系.利用自制教具同时也降低教材知识点难度，提高学生实践能力，激发学生求知欲望.

2 新型大气压强演示仪的结构

实验教具（如图1所示）由下列实验元件组成：圆盘底座、圆盘支架、粗圆柱形亚克力管、细圆柱形亚克力管、2个气体阀门、两用打气筒（既能吸气又能充气）、红颜色墨水等.

组装结构：取长约1米的直径为20厘米的粗亚克力管，将两端打磨平并固定在圆盘底座上并用密封胶密封，在下端25厘米处打孔安装阀门并密封.再将圆盘支架放在粗亚克力管底部，细亚克力管底端放在支架上，上端与粗亚克力管上端相平，并用亚克力板将两管端固定且密封，细管上端开口并安装阀门密封.两阀门各安装一根软管，分别与打气筒和水盆中的水连接.

3 新型大气压强演示仪的优点

（1）实验仪器整体的体积小，但演示实验效果相对明显.

（2）利用亚克力管的透光性，便于观察实验现象.

（3）用水替代水银，无毒无副作用，操作相对较为安全.

（4）采用改变大小两亚克力管内外的气压差，突破气压和器材对实验的限制.

（5）另外还能演示喷泉和海拔高度与气压关系实验.

4 新型大气压强演示仪的功能及操作过程

新型大气压强演示仪能演示与大气压强有关的实验，为学生学习“大气压强”这一课做好铺垫，能很好地解决与大气压强相关的问题.本实验教具能演示以下实验.

4.1 演示大气压强吸水实验

实例一：在给钢笔吸墨水时，是将钢笔放入墨水之中，此时钢笔皮囊中的气压和外界的气压是相同.由于皮囊本身具有弹性，撤去外力时它要恢复成原状.在它复原的过程中皮囊内部的体积开始增大，但是空气的质量并没有增多，根据密度公式ρ=mV可知皮囊内部的空气密度减小，外界的大气压强大于皮囊中的气压.由于存在气压之差，所以外界大气压就将墨水压进皮囊内部.最终钢笔的皮囊回到原来的形状，内部的气压和外界大气压平衡.

实例二：平时人们利用吸管将瓶中的牛奶吸入嘴中，是由于瓶内气压小于外界大气压的缘故，利用了大气压强的原理.

通过上述两个实例，我们只能从浅层认识到大气压强的存在，而不能深层理解大气压强是如何将墨水压入到笔囊和将饮料压入嘴里. 针对此类实验，我们利用新型大气压强演示仪演示具体过程（如图2所示），教师先将两用打气筒与试管顶端阀门相连并打开阀门;亚克力管下端阀门与横着的水管相连通，打开阀门并将塑料软管放入水盆中;用两用打气筒不断抽气，观察到水盆中的水被吸进粗的亚克力管内，继续抽气粗管中的水又被吸进细管中，并且中心的细管中液面高于外部粗管中的液面，粗管中的液面又高于空气中水面，形成阶梯型的水面.究其原因，是两用打气筒将细管中的空气吸取，空气密度变稀薄，气压减小的缘故.由此可以得出结论是：大气压强将水压入试管中.

4.2 演示大气压托起水柱实验

当抽气筒停止抽气后，关闭试管上端阀门，观察到液柱下降一段距离后就停止下降;随后将阀门稍微松动并关闭，使细管中液柱上部有少量空气进入，此时增大部分气体压强，观察到液柱下降一段距离后又停止下降.由此可以得出结论：管中的液柱靠大气压强托起（如图3所示）.

4.3 演示液柱高度与气压的关系实验

细管中存有一定高度的液柱，用抽气机连接试管下端阀门，并不断地向外抽气，观察到管中的液柱不断下降;再改用两用打气筒连接底端阀门并不断地向管中充气，观察到液柱又重新上升（如图4所示）.由此实验得出结论：大气压强减小，液柱高度降低;大气压强增大，液柱高度升高.

4.4 演示“喷泉”和彩虹实验

教师将塑料软试管一端打结并用针扎出若干小孔，另一端套在上端阀门上，并将阀门打开，用两用打气筒从下端阀门中充气，观察到液体从小孔喷出，形成美丽的喷泉（如图5所示），当试管中充入气体越多，喷泉形成喷雾.将形成的喷雾放在阳光下，会形成一条美丽的彩虹.此实验极具趣味性，能吊起学生胃口，吸引学生眼球，激发学生创新实验的兴趣.

4.5 演示海拔越高气压越低实验

新型大气压强演示仪中留有一定高度液柱，关闭上面的阀门打开下面的阀门，使大试管和外界空气相通，试管外侧固定一直刻度尺（如图6所示）.在一楼时分别记下两试管液柱高度，抱着教具爬楼梯，发现楼层的高度越高，中间试管中的液柱高度越低，而外面试管中的高度变高，中间试管中的部分液体流回到外面试管中，说明海拔越高，气压越低，液柱高度越低.学生能直观地看到试管中液面的变化，实验现象明显，操作比较方便，说服力强.此实验有助于培养学生团结合作的能力和情感价值观，使学生树立正确的人生价值观.

实验教具的创新有助于物理教学方法的改进，只有不断地改进才能使我们的物理实验器材更加完美、更加实用.

参考文献：

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[5]杨红光.自制“活塞式抽水机”[J].实验教学与仪器，2017，34（04）：51-52.

（收稿日期：2021-08-27）