李自東

【摘 要】初中物理實驗中“估測大氣壓的值”實驗因為一些因素的影響，使實驗結(jié)果與標(biāo)準大氣壓差異較大，本人在教學(xué)一線任教數(shù)年，根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗對實驗進行了改進，減小了實驗誤差對實驗結(jié)果的影響，使之更接近標(biāo)準大氣壓。

【關(guān)鍵詞】大氣壓；標(biāo)準大氣壓；改進；平衡狀態(tài)

在江蘇科技版物理課本八年級下冊課本86頁活動10.7估測大氣壓的值實驗過程中，利用彈簧測力計、2ml注射器、刻度尺粗略測量大氣壓的值，在以前的蘇科版教材中，利用的是托里拆利演示實驗，現(xiàn)在教材使用的實驗與托里拆利實驗相比有其優(yōu)點：一是由原來的演示實驗變成學(xué)生的分組探究實驗，可以讓學(xué)生經(jīng)歷大氣壓值的測量過程，感受大氣壓值的大小，二是水銀的揮發(fā)對學(xué)生和老師的身體造成傷害可以完全避免，三是學(xué)生對大氣壓現(xiàn)象及大氣壓的值的理解更容易，達到了很好的探究效果。

教材上明確了實驗器材及步驟：

實驗器材：彈簧測力計、刻度尺、2ml的注射器等。圖1 實驗裝置圖

課本上明確指出了實驗的器材及步驟：

1.將注射器的活塞推至注射器筒的底端，排盡筒內(nèi)的空氣，然后用橡皮帽封住針筒的小孔。實驗過程中發(fā)現(xiàn)，注射器中的空氣始終無法排凈，在注射器的尖端部分還會存留有極少的空氣，使針筒中不能處于真空狀態(tài)，影響實驗的測量結(jié)果。

2.規(guī)范組裝器材，用水平向右的力緩慢拉動彈簧測力計，當(dāng)注射器的活塞剛開始滑動時，活塞受到的拉力與大氣壓力二力平衡，即彈簧測力計的示數(shù)（拉力）等于大氣壓力。實驗證明，彈簧測力計對活塞的拉力與大氣壓力差距很大，這樣測量出來的大氣壓值就會出現(xiàn)很大的誤差。

3.活塞的橫截面積s可以用注射器的容積V除以長度l（指注射器針筒上全部刻度部分的長度），即s=v/l。

4.由p=F/s計算出此時大氣壓的數(shù)值。

根據(jù)上面的實驗方法，筆者和學(xué)生一起完成實驗，收集的數(shù)據(jù)如下：

根據(jù)實驗及收集的數(shù)據(jù)，筆者發(fā)現(xiàn)實驗中存在一些瑕疵：

1.在實驗中，因為當(dāng)注射器的活塞推至底端時，注射器無法完全排凈尖端的空氣，所以不能形成真空狀態(tài)，會存留有一個空氣柱，就會對活塞產(chǎn)生大氣壓力，使測量的大氣壓力偏小，根據(jù)公式p=F/s計算的大氣壓值就會偏小。

2.實驗過程中當(dāng)注射器中的活塞剛開始滑動時，根據(jù)二力平衡的知識可知，拉力（彈簧測力計的示數(shù)）近似等于大氣壓力，但根據(jù)實驗過程分析可知，在彈簧測力計剛開始滑動時，注射器活塞與注射器的筒壁之間存在著摩擦力，且摩擦力的方向與拉力的方向相反，也就是說此時的平衡狀態(tài)是三力平衡，F(xiàn)■=F■+f■，所以F■=F■-f■，所以此時測量出的大氣壓力較真實的大氣壓力偏小，而活塞的橫截面積不變，根據(jù)p=F/s計算出此時大氣壓的數(shù)值偏小。

根據(jù)實驗的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，測量出的大氣壓與標(biāo)準大氣壓值的差距較大，分析實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)有兩個因素影響了實驗結(jié)果，一是注射器的活塞與筒壁之間的摩擦力存在，二是注射器尖端殘留的空氣柱使大氣壓力偏小，那么會發(fā)現(xiàn)注射器尖端殘留的空氣柱使大氣壓力偏小，應(yīng)該是大氣壓偏小，所以兩個因素中第一個因素起到了主要作用。

那么針對上述的實驗設(shè)計的瑕疵，筆者在教材原有實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上作了一些改進。

（1）針對注射器尖端殘留的空氣柱的改進

因為在注射器活塞推至底端后，總是會在注射器尖端殘留有空氣柱，我們可以事先將注射器吸入少量的水，將注射器倒置，輕彈注射器中部排除氣泡，然后將輕輕注射器的活塞推至底端，那么就會在注射器的尖端保留一段水柱，這樣再套上橡皮塞就可以使注射器內(nèi)部處于真空狀態(tài)，再按照實驗步驟進行下面的實驗，就減小了這個因素對實驗結(jié)果產(chǎn)生的實驗誤差。

（2）針對注射器活塞與注射器的筒壁之間存在著摩擦力的改進

注射器活塞與注射器的筒壁之間的摩擦力是無法消除的，那么我的思路是可不可以事先測量出來注射器活塞與注射器的筒壁之間的摩擦力，然后再用測量出來的大氣壓力減去這個摩擦力，這樣測量的大氣壓力誤差就比較小了。具體可以這樣做：用一細繩系住活塞，用彈簧測力計緩慢拉動活塞，當(dāng)活塞勻速滑動時，活塞與注射器筒壁之間的摩擦力與彈簧測力計對活塞的拉力是一對平衡力，即f■=F■，然后注射器吸入少量水，排除氣泡，將活塞推至底端，套上橡皮帽，水平向右拉動活塞，當(dāng)活塞剛開始滑動時，讀出彈簧測力計的示數(shù)為F，則大氣壓力F■=F-f■，那么大氣壓力就測量出來了，可以多次測量大氣壓力取其平均值，然后利用p=F/s計算出此時大氣壓的數(shù)值，這樣就減小了注射器活塞與注射器的筒壁之間的摩擦力對實驗結(jié)果的影響。

筆者與學(xué)生按照改進后的實驗設(shè)計進行實驗，數(shù)據(jù)記錄如下：

利用改進后的實驗方案測量出的大氣壓值會更接近于標(biāo)準大氣壓的值，實驗誤差相對較小，學(xué)生在充分討論交流的基礎(chǔ)上總結(jié)了影響實驗結(jié)果的因素，并對解決的辦法進行討論群策群力，通力合作，既體現(xiàn)了“學(xué)講計劃”中的小組合作意識，又鍛煉了學(xué)生解決問題的能力，起到了很好的教學(xué)效果。endprint