河北省高邑縣音體美中學(xué) 田利波 宋立端

探究“覆杯實驗”成敗的原因

河北省高邑縣音體美中學(xué) 田利波 宋立端

在講“大氣壓強”一節(jié)時，課堂上我用“馬德堡半球?qū)嶒灐毖菔玖舜髿鈮簭姷拇嬖?，同時也給學(xué)生留下了一個課外活動作業(yè)：仿照課本上用試管灌滿水蓋上紙片后，倒過來水不會流下來的實驗，回家找其他器材做類似的“覆杯實驗”，再次驗證大氣壓強的存在。令我始料不及的是，第二天上課時很多學(xué)生說實驗失敗，有的說偶爾能成功，只有個別學(xué)生說能成功，這是怎么回事呢？

提出問題：既然大氣壓強確實存在，為什么會有這么多學(xué)生實驗失敗呢？

做出猜想：結(jié)合學(xué)生所述情況，我分析影響實驗成敗的因素可能有以下幾個：①“瓶口”大??；②“瓶子”材質(zhì)；③“紙片”材質(zhì)；④“紙片”大小。

進(jìn)行實驗：1.找來不同類型的“瓶子”，有試管、水杯、一次性紙杯、礦泉水瓶、集氣瓶。

2.找來不同類型和大小的“紙片”，有書紙、A4打印紙、塑料片、玻璃片。

3.運用控制變量法將這些“瓶子”和“紙片”分別組合做“覆杯實驗”，并對實驗結(jié)果進(jìn)行對比，分析成敗原因。（部分實驗情景如下圖）

實驗結(jié)果：（見下表）

實驗結(jié)論：從表中可以看出，較大的“紙片”成功率低。

結(jié)論分析：通過測量“瓶口”直徑，根據(jù)公式F＝PS計算得出，“瓶口”最小的試管口所受到的大氣壓力約為20牛，遠(yuǎn)大于“紙片”的重力，可見導(dǎo)致實驗失敗的原因并不是“紙片”的重力較大。實驗失敗的原因有以下幾點：

玻璃片較大較小塑料片較大較小紙片較大較小類型大小實驗序號試管集氣瓶水杯紙杯礦泉水瓶1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 ×√√× × 1 × ×√× × 2 ×√× × × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 ×√√× × 1 ×√√× × 2 ×√√× × 3 × ×√× × 1 ×√√× × 2 ×√√√× 3√√√√√注：“√”表示成功，“×”表示失敗

1.試管成功率較低，經(jīng)檢查試管口雖光滑但不平整，在使用較硬的“紙片”覆蓋管口時，容易使管口邊緣有空氣進(jìn)入而導(dǎo)致實驗失敗。

2.雖然紙片重力不是導(dǎo)致實驗失敗的原因，但是對于較大的紙片，由于重力使沒有與“瓶口”結(jié)合的部分下垂變形漏氣，導(dǎo)致實驗失敗。

3.大的塑料片和玻璃片重心較難找，在“紙片”稍稍發(fā)生傾斜時使氣泡進(jìn)入導(dǎo)致實驗失敗。

4.礦泉水瓶和紙杯由于材質(zhì)較軟，在倒過“瓶口”將其上提時，手不可避免地會對杯體產(chǎn)生壓力使杯體變形，導(dǎo)致實驗失敗。

實驗總結(jié)：“覆杯實驗”要想成功：①要找“瓶口”較大的“瓶子”，“瓶口”面積大，大氣壓產(chǎn)生的壓力也大；②要用材質(zhì)較硬且不易變形的“瓶子”；③“紙片”要比“瓶口”稍大以使重心穩(wěn)定；④要用韌性較好的柔軟的紙，用水浸濕后與“瓶口”貼合較好,成功率較高。