高傳剛

真空對(duì)初中生來(lái)說(shuō)比較神秘、新奇、有趣，蘇科版初中物理教材中也涉及了多個(gè)與真空有關(guān)的實(shí)驗(yàn)，比較典型的有《聲音不能在真空中傳播》、《馬德堡半球?qū)嶒?yàn)》等。

利用好真空，不但能使學(xué)生更好地掌握基本知識(shí)，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓展思維空間都有極大的幫助。但由于原有的實(shí)驗(yàn)器材如抽氣機(jī)、鐘罩等太笨重，不方便使用、維修保養(yǎng)難度大、實(shí)驗(yàn)效果不佳等因素，有些教師對(duì)這部分真空實(shí)驗(yàn)選擇敬而遠(yuǎn)之。其實(shí)如果能找對(duì)方法、選好器材，這些真空實(shí)驗(yàn)還是比較容易做的，而且還可以做更多與真空有關(guān)的實(shí)驗(yàn)。本文介紹了幾種獲得真空環(huán)境的簡(jiǎn)單方法，以及對(duì)真空環(huán)境的利用。

1 拉出真空來(lái)——利用注射器獲得真空

利用注射器獲得真空不但操作方便，而且器材容易獲得，可反復(fù)多次使用。利用注射器獲得真空的方法，即可應(yīng)用在聲音不能在真空中傳播的實(shí)驗(yàn)，也可以用在研究液體的沸點(diǎn)與氣壓之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。

1.1 聲音不能在真空中傳播實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置是利用抽氣機(jī)、鐘罩和電鈴，

或利用兩用打氣筒、燒瓶和手機(jī)等。但是實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，前者實(shí)驗(yàn)器材太笨重，使用不方便，后者實(shí)驗(yàn)效果不明顯。而且兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中殘留空氣都比較多，達(dá)到真空效果，需在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理。

如果利用注射器和音樂(lè)芯片來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，效果要好很多，而且操作也比較簡(jiǎn)單。

如圖1所示將1塊正在發(fā)聲的小音樂(lè)芯片放在注射器中，將注射器的側(cè)面和下面墊上小泡沫塊，再將活塞推到底端，用橡膠帽封閉注射口。此時(shí)聲音從活塞中傳播出來(lái)，說(shuō)明固體能傳播聲音。然后用力往外拉活塞，當(dāng)活塞離開芯片后，芯片上方就形成真空，聲音無(wú)法傳播，就聽不見聲音了，說(shuō)明聲音不能在真空中傳播。注射器中也可以灌入一部分水，用來(lái)說(shuō)明聲音可以在液體中傳播。

1.2 研究沸點(diǎn)與氣壓關(guān)系的實(shí)驗(yàn)

8年級(jí)下冊(cè)第10章第3節(jié)氣體的壓強(qiáng)，為了講解關(guān)于液體的沸點(diǎn)與哪些因素有關(guān)，用了這樣一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：在燒瓶中注入剛沸騰的水，塞緊瓶塞，將燒瓶倒置，再用冷水澆燒瓶的底部，可以看到水又重新沸騰起來(lái)。該實(shí)驗(yàn)有不足之處：①該實(shí)驗(yàn)為演示實(shí)驗(yàn)，不能做到所有學(xué)生都親自操作；②操作繁瑣，使用的儀器較多而且要將水燒至沸騰，然后要立刻使用，效果才好，而且實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性；③氣壓減小的過(guò)程不直觀，用冷水澆燒瓶底部，使水面氣壓降低的過(guò)程需學(xué)生通過(guò)分析物態(tài)變化才能得出；④不能演示氣壓增大液體沸點(diǎn)升高的現(xiàn)象。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)為：用20 ml的注射器和針頭做封口。實(shí)驗(yàn)時(shí)先將注射器中的空氣排盡，然后吸入5 ml的熱水，用封口堵住注射器的小孔，將注射器豎直放置，拉動(dòng)注射器的活塞，就會(huì)看到注射器內(nèi)的水開始沸騰，再向下壓縮活塞，則會(huì)看到水逐漸停止沸騰。

本實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于：①設(shè)備簡(jiǎn)單，易于操作，可安排為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，只需準(zhǔn)備注射器和封口，對(duì)水的溫度要求不高；②低壓過(guò)程易于分析，原來(lái)水上面就沒(méi)有空氣，拉動(dòng)活塞后很容易得出水面上的氣壓很低，接近真空的結(jié)論；③推動(dòng)活塞過(guò)程為增大氣壓過(guò)程，通過(guò)觀察水逐漸停止沸騰，可以得出氣壓增大液體的沸點(diǎn)升高的結(jié)論。

本實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，在反復(fù)使用中效果均非常明顯，在逐步改進(jìn)中可以發(fā)現(xiàn)：①水的容量為注射器容積的1/4時(shí)效果最好；②注射器用規(guī)格為20 ml實(shí)驗(yàn)效果最理想，太大的注射器，女學(xué)生拉動(dòng)活塞比較困難；太小的注射器實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯；③活塞向上拉動(dòng)比向下拉動(dòng)，水沸騰的現(xiàn)象更易觀察，如果水中加入顏色，觀察效果更好。

2 擠出真空來(lái)——利用吸盤演示馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

8年級(jí)下冊(cè)第10章第3節(jié)氣體的壓強(qiáng)中有關(guān)于馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的材料介紹，學(xué)生很感興趣，但教材中沒(méi)有相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn).這部分如果增加個(gè)演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生理解大氣壓強(qiáng)的存在，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣會(huì)有很大的幫助。原先的教材中安排過(guò)吸盤掛鉤的實(shí)驗(yàn)，但效果不足以激發(fā)學(xué)生的好奇心。以前實(shí)驗(yàn)室配備過(guò)按比例縮小的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)裝置（見圖3），雖然效果好，但操作很麻煩。首先要用抽氣機(jī)將球內(nèi)空氣抽盡，然后再做實(shí)驗(yàn)，而且實(shí)驗(yàn)裝置要注意經(jīng)常保養(yǎng)，否則裝置會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

偶然間筆者發(fā)現(xiàn)安裝地板的吸盤“吸力”很強(qiáng)，且操作方便，筆者將兩個(gè)吸盤對(duì)在一起，然后向兩邊拉怎么也拉不開。于是筆者將兩個(gè)吸盤稍加改進(jìn)，兩邊再系上繩子，幾個(gè)學(xué)生也拉不開。將這個(gè)實(shí)驗(yàn)帶進(jìn)課堂，可以產(chǎn)生震撼的實(shí)驗(yàn)效果，極易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

本實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)單，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)器材易于保養(yǎng)和普及，還可以安排為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。只要用兩個(gè)吸盤稍加改進(jìn)即可，不需要用抽氣機(jī)抽氣，實(shí)驗(yàn)效果良好。

如果將本實(shí)驗(yàn)安排在馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的后面，既可以使學(xué)生體會(huì)到當(dāng)年科學(xué)家探究的經(jīng)歷，還可以更好地認(rèn)識(shí)大氣壓強(qiáng)。

3 用真空反證大氣壓的作用

利用大氣壓的實(shí)驗(yàn)，雖然能夠讓學(xué)生意識(shí)到馬德堡半球拉不開是大氣壓作用的結(jié)果，但學(xué)生理解不透徹、印象不深，若能補(bǔ)配一些真空實(shí)驗(yàn)，將紙托水杯、吸盤放入真空中觀察其變化，效果會(huì)更好。如圖5所示，將紙托水杯和吸盤放在鐘罩內(nèi)，在抽氣的過(guò)程中，鐘罩內(nèi)逐漸變?yōu)檎婵窄h(huán)境的過(guò)程中，紙片和水、吸盤就會(huì)落下，兩相對(duì)比，學(xué)生的對(duì)大氣壓作用的理解會(huì)更加透徹。

初中物理實(shí)驗(yàn)中還可以利用接近真空的環(huán)境來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明大氣壓強(qiáng)的作用。如圖6所示，將點(diǎn)燃的蠟燭放在杯子中密封后，由于蠟燭將氧氣燃燒盡，杯子中氣壓減少，在大氣壓的作用下將燒杯中的水壓過(guò)來(lái)。

真空作為一種實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是教學(xué)過(guò)程中不可缺少的。用簡(jiǎn)單的方法制造真空環(huán)境，多利用真空環(huán)境將有利于提高課堂教學(xué)效果，使學(xué)生更熱愛(ài)物理，使學(xué)生的思維不單單限于真空，而是立足于真空，展開想象的翅膀。