“托里拆利實驗”的改進(jìn)

呂淑君

摘? 要：華師大版教材中的“托里拆利實驗”是大氣壓強教學(xué)中的難點，通過分析教材實驗，發(fā)現(xiàn)教材中的實驗存在許多不足之處。文章通過對教材實驗不足的分析，對該實驗進(jìn)行改進(jìn)，并從實驗原理、制作方法、實驗步驟以及設(shè)計特色等方面介紹了該改進(jìn)實驗。

關(guān)鍵詞：氧氣含量;實驗原理;制作方法;實驗步驟;設(shè)計特色

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2019）10-0053-2

“托里拆利實驗”源自華師大版八上第三章第3節(jié)《大氣壓強》。在傳統(tǒng)的實驗裝置中，托里拆利管和水銀槽是分離的，在灌水銀時空氣容易留在管中，水銀又容易溢出，因此操作較難;而在倒置托里拆利管到水銀槽的過程中，手指必須堵住管口，并將管連同手指一起放入到水銀槽中，操作難度較大，一旦操作不穩(wěn)，水銀難免會濺出，水銀有毒，缺乏安全性。因此，教參中建議這個實驗可以不做，用視頻等方法代替。

但“托里拆利實驗”對于認(rèn)識大氣壓強的值是非常重要的，它是物理學(xué)史上的一個重要實驗。而學(xué)生只憑視頻或圖片，沒有通過直觀的實驗和現(xiàn)象，無法理解用“托里拆利實驗”測量大氣壓大小的原理，在之后的練習(xí)中就容易出現(xiàn)解題困難的情況。因此，仍然有必要給學(xué)生演示“托里拆利實驗”。鑒于該實驗的不足，進(jìn)行了一些改進(jìn)。

1? ? 實驗裝置圖（圖1）

2? ? 實驗原理

將玻璃管注滿水銀后豎立，玻璃管內(nèi)沒有空氣，隨著水銀柱的下降，管內(nèi)水銀液面的上方形成真空，管外水銀液面受到大氣壓強，大氣壓支撐管內(nèi)的水銀，管內(nèi)水銀柱的壓強等于大氣壓強。根據(jù)公式p=ρgh得到大氣壓強的值。

3? ? 材料準(zhǔn)備

注射器1個、托里拆利管1個、傳統(tǒng)托里拆利管支架1個、紅色塑料板、長方形木板1塊、黃色貼紙、鐵絲、棉線、橡皮管、銅絲、鐵皮、刻度尺貼紙、螺絲、螺帽、水銀。

4? ? 制作方法

（1）在傳統(tǒng)托里拆利管支架左側(cè)的長木板上貼上0～90 cm的刻度尺貼紙。

（2）用紅色塑料板剪出指針狀，用螺絲安裝在刻度尺0刻度處。

（3）在刻度尺面上挖出長條形小槽，用紅色塑料板剪出長指針狀，并用螺絲、螺帽安裝在小槽上，且整個指針能在小槽中上下移動。（圖2、圖3）

（4）在刻度板的背后安裝用木板制成的長方體背景板，并用黃色貼紙貼上顏色。

（5）在背景板正面上畫一條紅色的豎直線，用作托里拆利管豎直的標(biāo)準(zhǔn)線。

（6）在紅色豎直線的上方安裝一個鐵圈，用于固定豎直的托里拆利管。

（7）在背景板的后面固定一條一端系鐵圈的細(xì)線，用于固定傾斜的托里拆利管。

（8）拿掉注射器活塞，在注射器管壁上安裝一塊打了2個小孔的鐵皮片。

（9）將注射器管口與托里拆利管口用橡皮管連接，組合成一個U型連通器。（圖4）

（10）用細(xì)鐵絲制作2枚鐵絲鉤。

（11）在支架左側(cè)的長木板挖出一層夾縫。

（12）將注射器上的鐵皮片插在上述的夾縫中，并將鐵絲鉤穿入鐵皮片的2個小孔中，固定注射器。

（13）將整個連通器安裝在支架上。

5? ? 實驗步驟及現(xiàn)象

（1）拆下托里拆利管，將一根銅絲伸入連通器中直到托里拆利管底，以便傾倒水銀時管中的空氣容易順著銅絲排出管外。

（2）從連通器管口處將水銀灌入，此時不斷地抖動托里拆利管，加快空氣出來的速度，直至注射器中有水銀為止。

（3）抽出銅絲，將裝滿水銀的托里拆利管裝回支架上，與背景板中的豎直線重合，并用上方的鐵圈固定。

（4）調(diào)節(jié)連通器左邊注射器的高度，使其內(nèi)的水銀液面對準(zhǔn)0刻度線。

（5）當(dāng)管中水銀柱穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)刻度板上的長指針，與托里拆利管中水銀液面對齊，讀出水銀柱的高度，此高度的水銀柱產(chǎn)生的壓強大小就為此刻大氣壓強的大小。（圖5）

（6）改變托里拆利管的傾斜角度，并用背景板后面的鐵圈固定，觀察水銀柱的高度，發(fā)現(xiàn)高度不變。（圖6）

6? ? 設(shè)計特色

（1）用注射器、托里拆利管和橡皮管組裝成U型連通器，防止灌水銀時水銀溢出，大大降低了人體與水銀接觸的可能性，提高安全性。

（2）灌水銀前在管中插入銅絲，以便傾倒水銀時，管中的空氣容易順著銅絲排出管外。

（3）背景板正面的豎直線和鐵圈，解決了玻璃管豎直時無法固定的問題。

（4）背景板背面帶鐵圈的細(xì)線解決了玻璃管傾斜時無法固定的問題。

（5）U型連通器可拆卸，便于實驗結(jié)束后傾倒水銀以及清洗。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁運開.義務(wù)教育教科書科學(xué)八年級上冊[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2014：48.

（欄目編輯? ? 王柏廬）