張秀萍

摘 ?要：實驗中采用的空氣流通裝置對高溫低壓以及流速與壓強實驗進行了改進。選用酒精燈、漏斗、石棉網(wǎng)、三腳架等器材，是教學(xué)中常見的物理實驗器材;本實驗創(chuàng)新性地選用十字四通管并借助紅色輕質(zhì)熱煙的飄動，讓學(xué)生對空氣從高壓到低壓的流動過程具體可感，成功實現(xiàn)教學(xué)中認(rèn)識空氣對流過程這一難點的突破。借助本實驗裝置，還可實現(xiàn)氣體流速與壓強關(guān)系的驗證。更大程度地完成對知識的內(nèi)化理解，在初中科學(xué)教學(xué)中有一定的推廣價值，減輕教學(xué)壓力。

關(guān)鍵詞：高溫低壓 ?流速 ?壓強 ?實驗 ?十字四通管

中圖分類號：G633.7 ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：C ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-1578（2020）03-0095-01

浙教版科學(xué)教材八年級上冊第二章第三節(jié)中“大氣壓對天氣的影響”教學(xué)環(huán)節(jié)對學(xué)生理解氣溫與降水、海陸風(fēng)、季風(fēng)的問題有關(guān)鍵作用。

教學(xué)過程中學(xué)生遇到一個難點：“開放空間下，近地面氣溫高的地方大氣壓低，氣溫低的地方大氣壓反而高”[1]。在此之前學(xué)生已接觸不少氣壓的問題，但幾乎都是密閉空間內(nèi)的氣壓問題。受定勢影響，學(xué)生易形成錯誤的科學(xué)前概念：“氣溫越高，氣壓越高”，在學(xué)習(xí)中形成了思維矛盾。其實，在開放的空間內(nèi)，氣體受熱膨脹，密度減小，熱氣流上升，近地面氣壓減小，形成低壓區(qū);相反在周邊氣溫較低的地方，氣流下沉，就形成了相對的高壓區(qū)。

1 ? 創(chuàng)新與改進的目的

本實驗的目的之一就是要直觀地表現(xiàn)出，開放空間內(nèi)近地面溫度高的地方氣壓較低，溫度低的地方氣壓相對較高，借助輕質(zhì)熱煙的飄動使空氣的對流現(xiàn)象具體可見。同時，教材上對于“氣體流速越大，壓強越小”[1]的結(jié)論沒有從空氣流動的角度來呈現(xiàn)壓強變小的事實，借助本裝置演示氣體流速與壓強的關(guān)系，使學(xué)生對兩者之間的關(guān)系有更直觀的體驗。

2 ? 實驗創(chuàng)新與改進

實驗環(huán)境：無風(fēng)的開放空間

實驗器材：硬質(zhì)十字型四通玻璃管（本文中簡稱十字四通管）、漏斗、石棉網(wǎng)、三腳架、鐵架臺（帶鐵夾）、酒精燈、火柴、手電筒、小電扇、熏香。

在石棉網(wǎng)上點燃熏香，產(chǎn)生大量煙。將漏斗倒扣在熏香上，通過玻璃管將煙導(dǎo)入十字四通管，觀察到煙向十字四通管左右兩側(cè)飄動。在十字四通管左側(cè)略偏下處點燃酒精燈，加熱空氣模擬近地面空氣受熱的情景，觀察到四通管中煙會集中向左側(cè)飄動，出管口后豎直向上飄動。此時，幾乎無煙飄向右側(cè)。將燃著的酒精燈移到十字四通管的右下側(cè)，觀察到原來向左側(cè)飄動的煙會反向移動，與新產(chǎn)生的煙一起集中飄向右側(cè)，出管口后豎直上升。煙的飄動顯示了空氣的流動，而水平方向的空氣流動是從高壓流動到低壓，即空氣帶動著煙從高壓區(qū)流向低壓區(qū)。通過該實驗的現(xiàn)象，我們可以知道當(dāng)空氣受熱，壓強減小了，即溫度高的一側(cè)形成了低壓環(huán)境。

本實驗從設(shè)計之初的一字型硬質(zhì)玻璃管[2]改良為T型管，最后改進為十字四通管，最大程度上解決了因玻璃管壁對熱煙通路的阻塞對實驗效果的影響。不斷地改進管徑及管長，最終確定豎管內(nèi)徑為9毫米，管長10厘米;橫管內(nèi)徑為15毫米，管長14厘米，硬質(zhì)玻璃管壁厚2毫米。實驗中借助家庭用塔式熏香燃燒產(chǎn)生較多安全有顏色的輕質(zhì)熱煙演示（必要時可用紅光手電筒加強煙的顯示效果），使得空氣從高壓處到低壓處的流動過程具體可感。在這樣一個開放的空間內(nèi)實現(xiàn)空氣的對流，解決了容器壁對空氣流動的影響問題，彌補了教學(xué)中實驗的空白。

借助本裝置還可以演示氣體流速與壓強的關(guān)系：熄滅酒精燈，換用小風(fēng)扇。在十字四通管左側(cè)吹，可觀察到管內(nèi)煙集中向左飄動;平行于四通管右側(cè)管口方向吹，可觀察到管內(nèi)煙又集中向右飄動;平行于上端管口吹，發(fā)現(xiàn)煙又從上端管口飄出，可證明“氣體流速越大，壓強越小”[2]的結(jié)論。這樣從空氣本身流動的角度來呈現(xiàn)壓強變小的事實，學(xué)生對流速與壓強之間關(guān)系也有了直觀的感知。

3 ? 實驗達成的效果

通過創(chuàng)新和改進后的實驗演示，學(xué)生克服了錯誤前概念，形成“開放空間下，近地面氣溫高的地方氣壓低，氣溫低的地方氣壓反而高”[1]的正確概念認(rèn)識，完成了對空氣對流形成原因的實驗探討。同時強化了對“氣體的流速越大，壓強越小”[1]的理解。

4 ? 結(jié)語

新一輪的課改對教師的教學(xué)方法和教學(xué)質(zhì)量都提出了更高的要求。在中學(xué)科學(xué)教學(xué)中，實驗教學(xué)占據(jù)相當(dāng)大的比例和重要的地位。本文結(jié)合作者的創(chuàng)新實驗，充分發(fā)揮了自制教具對教學(xué)的作用，較好地完成教學(xué)大綱提出的教學(xué)任務(wù)，提高了教學(xué)效率。

該實驗材料易得，操作容易上手，易于推廣，教學(xué)效果立竿見影。無論是教師演示還是學(xué)生自己動手實驗都可，現(xiàn)象直觀，變復(fù)雜推理為直接實驗，培養(yǎng)學(xué)生觀察、實驗、思考的能力，對提高學(xué)生的創(chuàng)新精神也有積極作用，同時增強“科學(xué)就在我們身邊”勇于探究的使命感。

參考文獻：

[1] 朱清時主編.義務(wù)教育教科書科學(xué)[M].浙江：浙江教育出版社，2013：59，63.

[2] 邵正.初中科學(xué)高溫低壓創(chuàng)新實驗[J].實驗教學(xué)與儀器，2016，33（Z1）：56-57.