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        神奇的連通器

        2012-04-29 22:45:08王福生
        黑河教育 2012年12期
        關(guān)鍵詞:水銀柱托里形管

        王福生

        義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書九年級物理第十四章第三節(jié)——大氣壓強(qiáng),教材內(nèi)容中有一個著名的實(shí)驗(yàn)——托里拆利實(shí)驗(yàn),我認(rèn)為這個實(shí)驗(yàn)是中學(xué)教科書中最神奇的實(shí)驗(yàn)之一。雖然這個實(shí)驗(yàn)早在三十年前我上初中時就學(xué)習(xí)過,但在當(dāng)時和前些年我的教學(xué)生涯中一直有一個問題始終縈繞在我的心中,那就是為什么聰明的托里拆利認(rèn)為760毫米高的汞柱就一定是大氣壓在支撐著?直到2004年在我進(jìn)行連通器的教學(xué)時,有一道習(xí)題引起了我的注意,習(xí)題的內(nèi)容是:在一支U形玻璃管的一側(cè)注入適量的煤油,另一側(cè)注入一定量的鹽水后,這個連通器在靜止時兩側(cè)的液面還會在同一水平面上嗎?答案是否定的。于是我又想到,如果U形管的一側(cè)是煤油,另一側(cè)是水銀,那樣一來,U形管兩側(cè)的液面差不是會很大么?馬上我又聯(lián)想到了下一節(jié)中的托里拆利實(shí)驗(yàn),想起了一直縈回在我的腦際的那個問題,突然我感覺到,托里拆利實(shí)驗(yàn)不就是一個神奇的連通器嗎?后來我將這一想法和同事們交流,漸漸地得到了大家的認(rèn)同,我的這一想法有下面的理由:

        1. 見圖A,托里拆利管里是水銀柱,水銀柱壓在水銀槽內(nèi)管中與槽內(nèi)液面相平的水銀面上,水銀柱的上方是真空,而管外水銀面上卻是大氣壓作用在上面。

        2.(見圖B)管外的水銀面上方是大氣層壓在上面,而大氣層上方也是真空。且圖B管內(nèi)水銀柱上表面上方也是真空,與圖A管內(nèi)水銀柱上表面上方氣壓相同為0Pa,只不過我們將B圖中的玻璃管向上伸到了大氣層的上表面之上。到此,B圖和A圖實(shí)驗(yàn)環(huán)境完全相同,B圖完全可以取代A圖。

        3. 由于水銀柱和大氣層的上方都是真空,而下方又都由槽內(nèi)水銀連通,則大氣和水銀便成了盛在“巨大U形管”兩側(cè)密度不同的兩種物質(zhì)(見圖C),并且都處在上方是真空的相同環(huán)境中,則我們根據(jù)連同器原理不難想到,這個理想中的“U形管”一側(cè)的大氣壓強(qiáng)和另一側(cè)的水銀柱的壓強(qiáng)處于一種平衡狀態(tài),即連通器的原理——壓強(qiáng)相等。

        4. 到此我們便可以認(rèn)為這個理想中的“U形管”就相當(dāng)一個上端開口下端相聯(lián)通的容器,與我們常見的連通器不同的不過是一個是上方為真空環(huán)境,一個是上方為空氣環(huán)境而已。

        后來,我將這一想法運(yùn)用到教學(xué)中,用它來為學(xué)生解答托里拆利實(shí)驗(yàn)的問題,得到了學(xué)生的認(rèn)可。

        (責(zé)任編輯 史玉英)

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