大气压强实验：“测量大气压强”方法的改进

　　首先，让学生作一个放在水平面上的物体所受大气压力受力示意图，引导学生分析刚才果冻的“吞”和“吐”其实是改变了水平方向上的F4，使果冻在水平方向上出现压力差，但测量这个压力差是很困难的，假若使物体不受F4的作用，测出F3及物体的受力面积便可以求出大气压强。

　　接着，提供器材让学生选择并设计实验方案，可以用注射器代替锥形瓶，活塞代替果冻，排尽注射器内的气体就可以让F4消失，从二力平衡角度考虑，用弹簧测力计产生一个与F3大小相同，方向相反的力就可以测量F3，从而得出实验方案1。

　　按照这个思路，自然会有学生提出在竖直方向上让F1消失，测出F2及物体的受力面积也可以求出大气压强。这就是课本利用吸盘测量大气压的方法，从而得出实验方案2。

　　也有学生提出在竖直方向上让F2消失，测出F1及物体的受力面积也可以求出大气压强.这就是课本的托里拆利实验，从而得出实验方案3。

　　应用方案1)进行实验，测定大气压值，原理简单，操作方便。然而这种方法只能粗略地测出大气压强，结果并不精确，误差相当大(计算结果只有0.4～0.6×105Pa)。引导学生查找造成较大误差的原因，由于注射器的前端有一个细长孔道，即使把活塞推到注射器的底部，其内部仍有残余气体，此时活塞会受到注射器外筒的摩擦力及注射器内残余气体对活塞的压力。

　　弹簧测力计调零时是在竖直方向上操作的，却是在水平方向使用。所以，用弹簧测力计沿水平方向刚好拉动活塞时，弹簧测力计的示数作为大气对活塞的压力，其误差是很大的。医用注射器的容积有1mL，2mL，10mL，20mL等，表1是2mL规格的注射器与大气压力的相关数据。

　　因为初中实验室使用的弹簧测力计的量程较小，一般为0～5N，所以测量注射器受到的大气压力就产生了困难。通过以上分析，进行分组讨论，得出以下改进方法。

　　(1)在注射器的活塞上涂凡士林，减少摩擦力并加强气密性。

　　用弹簧测力计拉着活塞在注射器(未堵小孔)中做匀速直线运动，此时的示数即为活塞受到的滑动摩擦力f。用橡皮塞堵住小孔重做一次，此时示数为F大气，用P=F/S计算大气压强的数值

F=F大气-f

　　(2)注射器先吸入少量水，排出空气时针口向上，把活塞缓慢推到底，此时针口处会保留部分水，减少针口孔道空气对实验的影响。

　　(3)利用钩码的重力通过定滑轮水平拉动活塞，由于拉动活塞的力的大小不一定?是钩码重力的整数倍，所以增加钩码后，再用弹簧测力计竖直向下拉钩码，活塞被匀速拉出一段距离时，记下测力计的示数F，F大气=G钩码+F，这样就能解决弹簧测力计量程不足的问题。

　　随即，有学生认为这样设计比较繁杂，弹簧测力计倒置使用会出现较大的误差，提出用砂桶代替弹簧测力计和钩码，获得其余学生认可。在粗略测出大气压值的基础上，组织学生进一步进行探究活动，让学生尝试精确地测量大气压数值(改进后计算结果为0.8～0.95×105 Pa)。

　　应用方案2进行实验，学SF现实验存在弹簧测力计读数难以掌握、实验误差较大等不足，影响实验效果。引导学生思考改进方法，用装细砂的小桶代替弹簧测力计，将蘸水的塑料吸盘挤压在光滑的水平板下，把装适量细砂的小桶轻轻挂在吸盘下面的塑料挂钩上，用小勺轻轻向桶内加细砂，直到塑料吸盘刚好脱落，测出此时塑料吸盘、小桶和砂的总重力G，吸盘在玻璃上的面积S，就可算出此时的大气压的数值

P=G/S

　　(改进后测量结果为0.85～0.95×105 Pa)。

　　应用方案3进行实验前，先作如下引导：科学家就是用水银测量大气压的值，由于水银有毒，该实验不能在实验室进行，若要做此实验可用水代替水银。引导学生回顾第十四章“液体压强”所学到的知识，相同的液体压强，液体的密度减少，液柱的深度就会增加，由于水的密度为水银密度的1/13.6。

　　而托里拆利实验中科学家使用约1m长的玻璃管，故改用水后实验所需的塑料管长度达十几米，该实验只能在室外进行。在物理兴趣小组的探究活动实施之前，教师只是在学生遇到技术性的问题时做了必要的指导。当几个学生配合着让灌满水的十几米长透明塑料管从教学楼四楼走廊垂下……Z终管内剩余大约10m高的水柱不再向下流动时，学生欢呼了。

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