龔楊

摘 要：托里拆利實(shí)驗(yàn)是初中物理中很重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，做這一實(shí)驗(yàn)要用到具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)材料水銀，因此圍繞這一實(shí)驗(yàn)水銀如何安全使用，水銀能否被其他實(shí)驗(yàn)材料替代，水銀蒸氣如何去除展開(kāi)了全面思考。

關(guān)鍵詞：托里拆利實(shí)驗(yàn)；中學(xué)物理教學(xué)；實(shí)驗(yàn)材料；改進(jìn)方法

托里拆利實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，目的在于測(cè)量、計(jì)算大氣壓強(qiáng)的大小。關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，筆者有如下思考：

一、實(shí)驗(yàn)要注意安全

由于實(shí)驗(yàn)使用水銀作為實(shí)驗(yàn)材料，而水銀又極易揮發(fā)產(chǎn)生有毒的水銀蒸氣，所以此實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性。如果通風(fēng)條件不好，水銀蒸氣被人體吸入則可能造成汞中毒。所以，該實(shí)驗(yàn)細(xì)則就明確規(guī)定：實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在通風(fēng)條件良好處進(jìn)行，比如通風(fēng)櫥中。如果不慎將水銀滴落，應(yīng)先用硫粉覆蓋，使之固化為硫化汞后再清掃。

二、水替代水銀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是不現(xiàn)實(shí)的

在實(shí)驗(yàn)講解之后，學(xué)生自然會(huì)有疑問(wèn)：既然水銀有毒且比較昂貴，為什么不使用水作為實(shí)驗(yàn)材料呢？通常情況下，教師會(huì)莞爾一笑，進(jìn)而耐心解釋原因。其實(shí)，道理很簡(jiǎn)單。根據(jù)公式p=ρgh計(jì)算可知，如果用水替代760毫米汞柱產(chǎn)生同樣大小的壓強(qiáng)，則水柱高達(dá)10.3米，換言之，需用10余米長(zhǎng)的玻璃管。這么長(zhǎng)的玻璃管，且不論熔融、燒結(jié)、吹制的復(fù)雜工藝，運(yùn)輸、貯藏、放置的重重困難，即便是實(shí)驗(yàn)時(shí)注滿水后倒置的過(guò)程恐怕也要借助高高的腳手架，所以用水替代是不現(xiàn)實(shí)的。

網(wǎng)上也有相關(guān)的視頻資料，將高達(dá)4層樓的特制玻璃管中空氣抽出，人為制造真空環(huán)境，將水虹吸上去，再用卷尺測(cè)量水柱高度并計(jì)算大氣壓強(qiáng)。這在普通實(shí)驗(yàn)室中是無(wú)法想象的。

三、水銀這一實(shí)驗(yàn)材料，一定程度上具有不可替代性

在實(shí)驗(yàn)材料的選取上，是否有更合適的物質(zhì)呢？這個(gè)問(wèn)題恐怕是從當(dāng)年托里拆利做的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)至今，一直困擾我們的難題。認(rèn)真分析起來(lái)，滿足本實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)必須滿足以下四個(gè)條件：（1）常溫下呈液態(tài)。（2）密度足夠大，最好達(dá)到1×104kg/m3以上。（3）成本低廉、常見(jiàn)易得，能夠滿足普通實(shí)驗(yàn)需求。（4）無(wú)毒無(wú)害，環(huán)境友好型材料。

但是，常見(jiàn)液體大多密度偏小，即便有個(gè)別種類(lèi)有機(jī)物密度稍大，也因粘稠度大，灌注時(shí)有氣泡進(jìn)入或液面下降不順暢而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以，目前尚無(wú)合適替代物，只能期待新材料早日誕生。

四、水銀蒸氣可用“水膜法”來(lái)阻隔、吸收

既然沒(méi)有合適替代物，那么只有用水銀，所以當(dāng)務(wù)之急就是設(shè)法去除水銀蒸氣。那么，是否可以用“水膜法”來(lái)阻隔、吸收呢？即用一層薄薄的液態(tài)含硫物質(zhì)浮于水槽中的水銀面上，利用硫吸收水銀蒸氣。

硫極難溶于水，微溶于酒精，卻易溶于二硫化碳。二硫化碳性質(zhì)穩(wěn)定，所以可以用水作為阻隔液，在上面加少量二硫化碳溶液作為吸附劑來(lái)吸收水銀蒸氣。但水和二硫化碳必須少量使用，恰能覆蓋水銀面即可，如果太多則可能影響最后實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

五、若想不用水銀，需要另辟蹊徑

能否設(shè)計(jì)更好的實(shí)驗(yàn)方法或新穎的實(shí)驗(yàn)裝置？比如，將水銀槽半密封起來(lái)收集水銀蒸氣，或者利用比例法測(cè)出大氣壓的十分之一，這樣即便用水也可以輕松做這個(gè)實(shí)驗(yàn)了。

以上只是本人不成熟的幾點(diǎn)思考，希望可以拋磚引玉，引起更多的科研工作者和教育工作者集思廣益，對(duì)托里拆利實(shí)驗(yàn)這個(gè)中學(xué)物理中重要的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)做出有益的改進(jìn)與嘗試，爭(zhēng)取早日讓我們的學(xué)生能夠人人動(dòng)手，在課堂上簡(jiǎn)單易行地安全完成實(shí)驗(yàn)。

我相信，只要教師多動(dòng)腦，學(xué)生積極參與，我們的初中物理實(shí)驗(yàn)課也會(huì)精彩綻放，也會(huì)為學(xué)生開(kāi)拓性思維的激發(fā)奠定基礎(chǔ)。

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