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        淺述托里拆利實驗裝置改進(jìn)方法

        2011-05-28 12:46:38王志義
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2011年14期
        關(guān)鍵詞:瓶內(nèi)玻璃管水銀

        王志義

        (濟(jì)寧市中區(qū)喻屯鎮(zhèn)第二中學(xué),山東 濟(jì)寧 272065)

        托里拆利實驗是最早精確測定大氣壓值的實驗。把它用于課堂教學(xué)實踐中中,無論是實驗效果、設(shè)計思想,還是教育意義都很好。但實際課堂教學(xué)中,課本上的實驗裝置還存在很多問題。如果課堂上使用教材上的實驗裝置,水銀灌注時難免灑落在教室內(nèi)造成環(huán)境污染,揮發(fā)的水銀氣體毒性較大,對學(xué)生健康有影響;一人不易操作,沒經(jīng)訓(xùn)練的學(xué)生又很難協(xié)助完成;有些改進(jìn)的實驗裝置雖不用灌注水銀,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,影響物理概念的理解,或成本高,操作時仍有難度,攜帶不方便等。所以托里拆利實驗在課堂教學(xué)時使用率并不高,影響課堂教學(xué)效果,這不能不令人遺憾。

        為了在課堂上更好的利用這一實驗,使學(xué)生直接觀察或測得大氣壓值,我在課堂教學(xué)中設(shè)計并制作了兩種托里拆利實驗裝置,對教材實驗裝置稍作修改,但仍保持原實驗的直觀性。在幾年來的教學(xué)實踐中,取得了較好的教學(xué)效果,現(xiàn)介紹給大家。

        裝置改進(jìn)一

        1、材料

        醫(yī)用鹽水瓶(100ml帶密封橡膠軟塞,不能去掉蓋周圍金屬封);醫(yī)用大號注射器一只(帶針頭);一段封閉的厚玻璃管長約1m;帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接,并附有活動標(biāo)尺

        2、組裝方法(如上圖)

        1)在通風(fēng)處用注射器吸水銀通。過鹽水瓶軟塞注入瓶內(nèi),水銀量達(dá)到瓶容積的2/3處。2)如圖甲,一段封閉的長玻璃管開口端通過軟塞插入醫(yī)用瓶內(nèi),管口處于鹽水瓶中間位置。3)如圖乙,盛有水銀的醫(yī)用瓶倒置,輕敲玻璃管使管中慢慢充滿水銀,小心把氣泡排空。4)如圖丙,將乙圖裝置再正過來,注意管口始終浸沒在液面下,正放后水銀柱下降到一定高度,注射器針頭通過軟塞插入瓶內(nèi),注射器活塞推到底使水銀柱能上升到充滿整個玻璃管(多次實驗證明用大號注射器是能夠做到圖丙所示的現(xiàn)象的。只要瓶子密封性要好。)5)演示時拔出活塞后會出現(xiàn)圖丁所示的現(xiàn)象。

        3、注意事項

        1)挪動瓶子時要一只手拿瓶子,一只手輕捏住玻璃管中部。2)瓶口軟塞密封性要好。排氣泡時用力一定要輕。3)不用時用皮套把玻璃管上端和豎桿連在一起,以防玻璃管過度傾斜折斷。實驗完畢后及時把活塞推入注射器。

        4、裝置優(yōu)點

        1)本裝置和書本上的實驗裝置近似,使用時玻璃管不用倒置,相對原裝置不易灑水銀,玻璃管相對安全。2)實驗時只有針頭小孔和外界空氣接觸,水銀的毒性對人的影響可以忽略。3)裝置使用時拔下活塞,不用時安上活塞,水銀暴露的時間可以縮短。4)裝置正放時活塞推到注射器底部水銀充滿玻璃管,緩慢拔出活塞時水銀柱緩慢下降,最后液柱高度不變,能夠很簡單的讓學(xué)生體會到水銀柱上方是真空,這一步操作簡變、安全,不用觸摸玻璃管。5)玻璃管能夠小角度傾斜,能夠完成玻璃管傾斜實驗。6)裝置一次連接好以后可在實驗室多次使用,避免反復(fù)裝水銀,安全,節(jié)省時間。

        5、缺點

        1)裝置要在上課前要耐心連接,安玻璃管用力不能過大。2)玻璃管灌水銀時要動腦筋,既要灌滿還不能有氣泡,排氣泡有一定困難。(可先用注射器使玻璃管灌滿水銀,再插入倒置的裝有水銀的瓶內(nèi))

        3)搬運(yùn)時不夠方便,適合在實驗室中使用。

        裝置改進(jìn)二

        1、材料

        醫(yī)用鹽水瓶(100ml帶密封橡膠軟塞,蓋周圍帶金屬封);醫(yī)用大號注射器一只(帶針頭);一段細(xì)玻璃管長約10cm比瓶稍高;帶刻度尺的豎桿與底座豎直固定連接,并附有活動標(biāo)尺、其上有固定橫梁;長約100cm的白色半透明乳膠管(或透明塑橡膠管);彈簧夾兩個

        2、組裝方法

        a、上課前在通風(fēng)處用注射器吸水銀通過鹽水瓶軟塞注入瓶內(nèi),直到水銀達(dá)到瓶容積的2/3處。b、如圖一,去活塞后的注射器和玻璃管分別通過軟塞插入醫(yī)用瓶,玻璃管上端連接乳膠管。c、如圖二,活塞緩慢壓入注射器筒,水銀隨著瓶內(nèi)氣壓增大慢慢進(jìn)入乳膠管,乳膠管末端向上抬起,當(dāng)水銀液距橡膠管末端5cm左右時,停止推注射器,管末端和距離末端10cm處夾上彈簧夾。兩夾之間要保留有少量水銀起封閉作用。d、如圖三,使用時把水銀瓶放在圖示支架臺上,軟管末端吊在支架上端固定橫梁上,拔掉活塞水銀會下降到一定高度,通過刻度尺可以讀出水銀柱的高度差。f、不用時插上活塞,封閉瓶內(nèi)空間。

        3、裝置優(yōu)點

        a、往管內(nèi)加水銀很簡單,回收水銀安全迅速。b、水銀和外界連通面積較小,連通時間短。c、操作、攜帶方便。

        4、裝置缺點

        a、彈簧夾夾不緊會造成氣密性不好。b、乳膠管透明性比玻璃管差,沒有玻璃管明顯。c、所需水銀量相對要多一些。

        使用情況

        第一種改進(jìn)實驗裝置在實驗室中使用效果較好,課前裝好后,課上只需插拔活塞,實驗就能輕松完成,大大縮短演示時間。學(xué)生對該裝置普遍認(rèn)可,對啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維有一定的示范作用。特別是水銀柱上方是否是真空的問題,可以慢慢插拔活塞,讓學(xué)生認(rèn)真觀察,通過討論、分析得出結(jié)論,操作簡單易行。但是灌裝水銀有一定的困難,需要老師的耐心、細(xì)心。組裝一次可以多次使用,適合班級較多時在實驗室使用。

        第二種裝置適合在教室內(nèi)使用,拆裝、攜帶簡單、方便、安全。操作技術(shù)難度小。課前連接好,課上演示更好操作。所以實際教學(xué)中教師自己可組裝此裝置,增加課堂教學(xué)的新穎性,學(xué)生易于掌握使用水銀測量大氣壓的方法。能夠輕松完成教學(xué)任務(wù)。

        作為一線教師在教學(xué)工作中,要跟具實際情況靈活制作簡單的教具。隨著新課程標(biāo)準(zhǔn)的全面貫徹實施,傳統(tǒng)的實驗教具有的跟不上教材變化的需要,很多儀器已不適合在教材中使用,急需補(bǔ)充新的教學(xué)儀器和實驗用具,這是教學(xué)改革的需要,是教育發(fā)展和學(xué)生能力培養(yǎng)的需要,但是與新教材配套的教具的開發(fā)、研制、定型、生產(chǎn)需要漫長的過程,導(dǎo)致儀器與課本不配套,而自制教具填補(bǔ)了這一缺陷。正規(guī)儀器在設(shè)計制造時,因考慮成本和工藝等問題,制造得很小很緊湊很復(fù)雜,這些非教育因素會影響觀察效果,而改進(jìn)后自制教具反而比原有教具簡單、易操作。利用身邊的物體自制教具的過程,實際上是教師與學(xué)生很好的學(xué)習(xí)與動手動腦的訓(xùn)練,是培養(yǎng)創(chuàng)新思維的有效途徑。因此積極鼓勵與支持教師與學(xué)生參加自制教具的活動,對增強(qiáng)學(xué)生的綜合實踐能力具有十分重大的意義。

        [1]滬科版八年級物理教材.

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