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由于氣體壓強的產(chǎn)生機理屬于微觀內(nèi)容，學(xué)生很難對這一知識點形成直觀的體驗，使得這一概念成為教學(xué)中的難點。教學(xué)中常常使用“雨滴打在傘上”這一例子來解釋氣體壓強的產(chǎn)生機理，將雨滴等效為運動的氣體分子，希望學(xué)生能夠通過觀察傘面的形變類比氣體壓強的產(chǎn)生。該實驗設(shè)計不易觀察實驗結(jié)果，故筆者同樣依據(jù)等效替代這一物理核心思想，對模擬氣體壓強產(chǎn)生機理的實驗裝置進(jìn)行了重新設(shè)計。

1實驗原理

該教具針對氣體壓強產(chǎn)生機理不易觀察的問題，采用乒乓球模擬氣體分子的運動，將其在水桶內(nèi)無規(guī)則的撞擊桶壁產(chǎn)生的壓強等效看作氣體壓強。由于影響氣體壓強的主要因素在宏觀上表現(xiàn)為氣體體積與環(huán)境溫度的變化，所以本裝置通過用乒乓球的數(shù)量表示氣體體積的大小，用離心風(fēng)機風(fēng)速的大小模擬環(huán)境溫度的高低。通過固定在桶壁上的壓電陶瓷片將桶壁的振動情況采集到示波器中，學(xué)生通過觀察示波器中波形的變化，體會不同情況下氣體壓強的變化情況。

2實驗裝置及器材

實驗裝置如圖1所示。實驗器材：乒乓球若干、壓電陶瓷片、廢舊飲水機水桶、離心風(fēng)機、脈寬調(diào)速器、示波器。離心風(fēng)機及脈寬調(diào)速器參數(shù)見表1、2。

3實驗步驟

3.1實驗前的準(zhǔn)備

將乒乓球放入水桶內(nèi)，連接離心風(fēng)機。開啟離心風(fēng)機并啟動示波器，將波形調(diào)至適當(dāng)位置。

3.2空白對比實驗

當(dāng)開啟離心風(fēng)機而桶內(nèi)無乒乓球時，示波器波形無變化，為一條橫向直線。

4實驗結(jié)論

4.1體積、溫度（風(fēng)速）一定

（1）氣體分子數(shù)較少（一個乒乓球）時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無規(guī)則的變化曲線；

（2）氣體分子數(shù)較多（3個乒乓球）時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較多，示波器顯示波形的平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無規(guī)則變化的曲線。

4.2體積、氣體分子數(shù)一定

（1）溫度（風(fēng)速）較低時，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無規(guī)則的變化曲線；

（2）溫度（風(fēng)速）較高時，乒乓球撞擊桶壁次數(shù)增多，示波器顯示波形平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無規(guī)則變化曲線。

5設(shè)計特色

（1）實驗設(shè)計的最大亮點是使用等效替代的方法將不易觀察的氣體壓強產(chǎn)生機理具體化，有助于學(xué)生觀察理解現(xiàn)象，同時也達(dá)到激發(fā)興趣培養(yǎng)能力的目的。

（2）實驗方案的設(shè)計符合物理實驗中控制變量的原則，可通過對比性實驗來具體分析影響氣體壓強的幾個因素。

（3）實驗主要器材取自生活中常見的事物，體現(xiàn)了物理源于生活的本質(zhì)。

（4）實驗裝置具有操作簡便且安全、現(xiàn)象明顯的特點。

6小結(jié)

等效替代法作為中學(xué)物理教學(xué)的核心思想之一，是迅速解決物理問題一種有效手段。通過等效替代法能夠在保證效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理。教師通過運用等效替代法，將教學(xué)過程中遇到的不易表達(dá)的知識內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為學(xué)生易觀察、易思考的實驗現(xiàn)象。這種方式不僅能有效提升教學(xué)效果，同時也為教師對物理實驗進(jìn)行創(chuàng)新提供了思路。