丁紅+周新雅

[摘 要]“覆杯實(shí)驗(yàn)”是中學(xué)物理中驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)存在的典型實(shí)驗(yàn)，其取材容易、操作簡便、效果直觀。但在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師都會強(qiáng)調(diào)杯口必須平整。為探尋杯口缺陷對覆杯實(shí)驗(yàn)的影響，本實(shí)驗(yàn)借助透明礦泉水瓶分別在滿瓶水與半瓶水的場景中，通過對比瓶口缺陷與瓶口完好的實(shí)驗(yàn)效果，從而得出結(jié)論：在滿瓶水與半瓶水的場景中，瓶口存在缺陷時實(shí)驗(yàn)仍能成功，且大氣壓強(qiáng)的作用效果顯著。

[關(guān)鍵詞]大氣壓強(qiáng)；瓶口缺陷；覆杯實(shí)驗(yàn)；滿瓶水；半瓶水

[中圖分類號] G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 16746058（2017）32004801

覆杯實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理中驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)存在的一個非常直觀、非常典型的實(shí)驗(yàn)，其裝置簡易、操作簡便、成功率高，在大氣壓演示實(shí)驗(yàn)中有著十分重要的地位。并且，此實(shí)驗(yàn)從小學(xué)自然常識到中學(xué)物理，乃至大學(xué)普通物理的大氣壓演示實(shí)驗(yàn)也廣泛采用。因此，大量學(xué)者對覆杯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究。如杯中水未裝滿時紙片是否掉落；紙片在實(shí)驗(yàn)中的作用；分析杯中氣體壓強(qiáng)的變化情況；對覆杯實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)；等等。但是，當(dāng)杯口缺陷時覆杯實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癯晒?，卻鮮有研究。為此，筆者對此問題進(jìn)行了探究，其具體實(shí)驗(yàn)和結(jié)論如下。

一、 實(shí)驗(yàn)原理

如圖1所示，首先，在裝滿水的杯口處蓋一硬紙片并用手按住此硬紙片；其次，掉轉(zhuǎn)杯口，使其口朝下，底朝上；最后，輕輕松開按住硬紙片的手。此時，紙片穩(wěn)穩(wěn)托住杯中水，從而證明大氣壓強(qiáng)的存在。

二、 實(shí)驗(yàn)器材

塑料瓶、硬紙片、水、刀片、染料。

三、 實(shí)驗(yàn)方法

1. 在水里放入適量染料，以便容易觀察。

2. 將瓶口完整的塑料瓶裝滿水后蓋上硬紙片，用手輕輕按住硬紙片后將瓶口掉轉(zhuǎn)朝下，然后松開按住硬紙片的手并觀察紙片與水是否掉落。

3. 將瓶口完整的塑料瓶裝一半的水，然后重復(fù)步驟2的瓶口掉轉(zhuǎn)過程，并觀察紙片與水是否掉落。

4. 用刀片將完整的塑料瓶口割開4個小口，每個小口約2mm。

5. 將瓶口存在缺陷的塑料瓶裝滿水后蓋上硬紙片，然后重復(fù)步驟2的瓶口掉轉(zhuǎn)過程，并觀察紙片與水是否掉落。

6. 將瓶口存在缺陷的塑料瓶裝一半的水后蓋上硬紙片，然后重復(fù)步驟2的瓶口掉轉(zhuǎn)過程，并觀察紙片與水是否掉落。

四、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1. 在滿瓶水和半瓶水的場景下，完整瓶口處的紙片與水均未掉落，覆杯實(shí)驗(yàn)成功，如圖2至圖4。

2. 在滿瓶水和半瓶水的場景下，缺陷瓶口處的紙片與水均不掉落，覆杯實(shí)驗(yàn)也成功，如圖5至圖7。

五、 分析與討論

分別在滿瓶水與半瓶水的場景中，完整瓶口處的紙片與水均不掉落是因?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)作用于紙片，使紙片將水托住，而不是因?yàn)樗谋砻鎻埩⒓埰ぷ?。這個論點(diǎn)已經(jīng)被金潔容在真空中的實(shí)驗(yàn)證明；另有劉成道的彩珠在杯內(nèi)沿杯口內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，均已證明紙片是被大氣壓托住，而不是被水黏住，且與水的表面張力無關(guān)。

分別在滿瓶水與半瓶水的場景中，缺陷瓶口處的紙片與水均不掉落是大氣壓強(qiáng)的作用，而瓶口缺陷處不漏水是因?yàn)樗谋砻鎻埩⑺i在瓶內(nèi)。這與辛貴書用窗紗代替紙片，窗紗不漏水是大氣壓與水的表面張力共同作用的觀點(diǎn)相一致。但是，瓶口缺陷，紙片能夠托住水主要是大氣壓強(qiáng)的作用。

六、教學(xué)建議

基于以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析，筆者建議：在做中學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)時，教師不必強(qiáng)調(diào)杯口必須平整，如果故意強(qiáng)調(diào)反而給實(shí)驗(yàn)增加了限制條件。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 辛貴書.覆杯實(shí)驗(yàn)的新發(fā)現(xiàn)[J] .實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2001（2）.

[2] 蔣麗艷.關(guān)于“覆杯實(shí)驗(yàn)”問題的探討[J].物理通報，2010（3）.

[3] 高嵩，廖伯琴.覆杯實(shí)驗(yàn)的若干問題分析[J].物理教學(xué)探討，2011（1）.

[4] 李秀一.覆杯實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014（10）.

[5] 金潔榮.營造真空 巧妙改進(jìn)覆杯實(shí)驗(yàn)[J].中學(xué)物理，2015（33）.

[6] 劉成道.有關(guān)覆杯實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及其他[J].教學(xué)與管理，1992（2）.

（責(zé)任編輯 黃春香）