前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇大气压强实验范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
1.1实验演示
首先将一枚硬币放入一个平底盘中,再往盘中加入一定量的自来水,要求淹没纽扣,然后再往盘中滴入红墨水少许(为使实验现象更明显,可以稍微多加一些),接下来用小刀截取一小段蜡烛,将其放入准备好的玻璃杯中,并用蜡油固定在玻璃杯底,再点燃它。待蜡烛燃烧至杯壁稍微发烫时(位使实验效果明显,可以稍微烫一点儿),迅速将其倒扣入盘中,要求玻璃杯口边缘压着纽扣。可以发现,在倒扣入盘中的瞬间,蜡烛熄灭,慢慢地杯外盘中的液面下降,盘中的水越来越少,而玻璃杯中的液面却慢慢地上升,最后会发现盘中的水几乎全部被吸入到玻璃杯中。
1.2实验分析
通过实验我们可以了解到,当蜡烛在玻璃杯中不断燃烧时,杯中空气受热膨胀,当玻璃杯被倒扣入盘中后,空气的缺少导致蜡烛熄灭,此时空气温度也会慢慢降低,在杯中空气体积不变、重力加速度也不变的情况下,空气密度降低,由初中物理计算液体压强的公式P=ρgv可知,杯内大气压强会逐渐减小,由于大气压平衡,要维持杯内杯外压强相等,所以杯内液面上升以达到杯内空气体积减小,空气密度上升,增加杯内压强的目的,所以盘中水被吸收到玻璃杯中,会产生这样的现象都是大气压强存在的表现。
2总结
物理实验既是一种教与学的方式,又是学生必须掌握的学习内容和科学方法;物理实验促进学生正确地理解物理概念、规律和方法,激发学生对自然科学的热爱有着独特的魅力和力量。通过大气压强的实验设计及实现,可以得出中学有些物理实验并不是都需要昂贵精密的设备和器材才能去完成,在我们身边的一些废弃回收物也可以组装完成许多重要且有趣的物理实验,这样不仅将生活中的废弃物变废为宝,达到环保的目的,而且可以帮助学生理解知识,更方便容易地接触实验,亲手做实验。不再为昂贵的实验器材而担忧(针对小型物理实验)。
论文关键词:托里拆利实验,大气压强,玻意耳定律,力学平衡原理
1、引言
一提起大气压强,人们自然就会想到著名的托里拆利实验和马德堡半球实验。这二个实验传递给了我们这样的信息:大气压强不仅存在而且相当之大。笔者虽不敢否定这样的结论,但总不能消除对大气压强问题的疑虑。比如:当一个人不小心将手指划破,血自然会从人体上流出。我们知道人体的正常血压一般在120mmHg左右,而外界大气的压强大约在760mmHg,血怎么会流出来呢?难道760mmHg不是大气的压强?带着这样的疑问,笔者首先想从理论上探个究竟,然后通过一百多次水下压缩实验来加以阐述论文提纲怎么写。
2、理论分析
设在水下H米深的地方,用托里拆利实验方法测得管内水银柱的高为y1力学平衡原理,在水面上测得管内水银柱的高为y2,由于测定y1相当于在测定y2的基础上,给水银槽液面增加一个大小ρgH的压强,且测定y1和y2时管外的气体状态是相同的,所以,ρ0gy1=ρ0gy2+ρgH(其中ρ0为水银的密度,ρ为水的密度)。接着再来研究相同大气环境下筒内气体的情况,上端封闭下端开口的筒内,放入了托里拆利实验装置,将它们慢慢竖直放到水中,直到筒内外水柱深度达
图1 测定筒内气体水银柱高示意图
到H米为止,如图1所示,测得筒内气体水银柱的高为y3,因为筒外水柱的高度为H,按照托里拆利实验测出的水银柱高就是管外气体压强来推断,理论上应该得出这样的结果:y3=y1力学平衡原理,即ρ0gy3=ρ0gy2+ρgH。但由于测定y3和y1时管外气体的密度是完全不同的,所以从理论上讲,应该得出另外一种结果:y3≠y1。究竟孰是孰非?只有通过实验才能得到证实。
3、实验验证
将一个上端封闭的圆柱形玻璃管慢慢地竖直插到另一个充满水的圆柱形玻璃管底部。已知空玻璃管管内的长度是1997mm,外面的玻璃管管内的长度是3994mm,只要测得进入空玻璃管内水的高度h,根据筒内气体的压强等于外界大气压与水柱压强之和,以及玻意耳定律,就可计算出外界大气压强的值。计算公式为:p0 =(3994- h)×(1997- h)÷(13.6h)
(p0和h的单位分别为mmHg和mm)
下面是在不同日期和时间测得进入管内水的高度实测值与理论值的对照表(其中,h1为理论值,h2为实测值; p0为苏州市气象局政务网站整点提供的实时值)
表一:不同日期不同时间实测值与理论值对照表
№
p0
(mmHg)
h1
(mm)
h2
(mm)
h2–h1
(mm)
Date AM
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教学目标:1.知道大气压的存在及大气压存在的现象
2.知道托里拆利实验首次测定了大气压的值
教学重点:1.理解大气压强的存在
2.初步掌握托里拆利实验原理
教学难点:托里拆利实验
教学教具:玻璃管、水、墨水、烧杯
教学过程设计:
一、导入
大家先看一幅图片,这是生活在海水中的鱼,它被海水包围着。前面我们学习过,液体的内部存在压强,那这条鱼会不会受到海水对它的压强呢?(会)我们生活在大气中,也被大气包围着,如果把笼罩着地球的大气层比作浩瀚的海洋,那我们是否也会受到大气对我们的压强呢?带着这个问题呢,我们一起来进入今天的课堂:大气压强。
二.新课教学(实验加讲解)
1.实验验证大气压强存在
①演示
首先我们来做个实验,大家看,这是一个装有水的烧杯,为了让大家看的更清楚啊,我往水中滴了几滴墨水,这是一根两端开口的玻璃管,现在我把玻璃管插入水中,然后用手指堵住下端的开口,提出玻璃管,大家发现什么现象?(一段水柱)对,一段水柱,水柱没有掉落,为什么呢?(因为手指堵住了),那手指堵住了为什么水柱就不往下掉呢?(因为手指对水柱有一个向上的拖的力)好,现在我那开下端的手,但是呢我堵住上端的开口,大家看会有什么现象啊?(水柱没有掉下来)水柱没有掉落,是不是有什么东西堵住了下端的开口啊?(没有)真的没有吗?大家仔细想想,管口周围还存在什么?(空气)对,管口的周围还存在空气,说明手堵住了上端的开口而水没有流下来,是谁给了水一个向上的力?(空气)好,前面我们学习过力的作用效果可以用压强来表示,而空气给了水一个向上的力,这又说明了什么呢?(说明了空气对水有压强)很好,通过刚刚的实验我们可以知道,空气中是存在压强的,对不对?(板书大气压强存在)(对)好,再回到这个实验,现在我再往管中注水,同样我只堵住上面的管口,现在我把玻璃管向各个方向旋转,大家看水有没有流下来?(没有)嗯,把玻璃管转向各个方向,水都没有流下来,这是不是就说明了管中的水在各个方向都受到大气对它的压强呢?(是)那这又说明了什么呢?(说明了大气在各个方向上都存在压强)很好,说明了大气在各个方向上都存在压强。(板书并且朝向各个方向)
②结论:大气压强存在并且朝向各个方向。
知道了大气压强确实存在,那到底什么是大气压强呢?我们来给它下个定义。
2.大气压强定义(板书):大气对浸在它里面的物体产生的压强,叫大气压强,简称大气压。
3.托里拆利实验(板书)
关键词:探究性教学;空气的“力量”;案例分析
由于空气看不见、摸不着,平时又感觉不到它的存在,所以它对于初中生来说相当抽象,要使学生顺利掌握本节课内容有一定的困难。本节课主要存在以下两个难点。难点一:如何理解大气压的存在。难点二:关于大气压的测量,为什么能用托里拆利实验测出大气压强,原理是什么?又由于实验所用的汞有毒,所以该实验基本都是利用多媒体演示,学生没有动手探究的机会,非常遗憾。如何解决这个问题也成了难点。
一、如何理解大气压的存在
为此,在这节课的教学中,笔者对这两部分的教学模式做了大胆的创新改进。由于物理是一门以观察和实验为基础的自然科学,对于难点一,本节课的设计思路是创设问题情境,指导学生观察和实验探究,利用四个实验,引导学生分析对比实验现象,将抽象的理性问题转化成学生擅长的感性认知,归纳总结出大气压强的存在,同时激发学生继续探究该课题的兴趣。
实验一:形变的瓶子
教师用手将空的矿泉水瓶捏扁,提问:“为什么矿泉水瓶会发生形变?谁是施力者?”往矿泉水瓶中加入适量的热水,盖好瓶盖,用凉水浇矿泉水瓶,发现瓶子发生剧烈的形变。提问:“瓶子为什么会形变?谁是施力者?”从而引导学生通过分析对比引出大气压强,这时学生是半信半疑状态,必须用更多的事实来说明这个问题,在这个基础上进行以下三个实验。
实验二:冲不走的兵乓球
教师将矿泉水瓶装满水,把乒乓球放在瓶口上,倒置过来。
师:同学们猜猜会发生什么现象?轻巧的乒乓球会被水冲走吗?
师:谁托住乒乓球?(进一步提问。)
生:(讨论总结出)瓶内装满水,排出了空气,乒乓球在下方大气压强作用下没有掉下。
实验三:覆杯实验(学生实验)
(1)取一纸杯,用硬纸片把杯口盖严,手按住纸片把杯子倒置,放开手后,硬纸片立即下落;(2)在杯内盛满水后再用硬纸片把杯口盖严,手按住纸片将杯子倒置,放开手后,纸片不下落,水也不流出。改变杯口朝向,纸片不下落,水还是不流出。
师:谁托住水柱?
生:(讨论总结出)瓶内装满水,排出了空气,纸片在下方大气压强作用下没有掉下。
实验四:谁喝得快?
比赛吸汽水,看谁吸得快?两瓶饮料,一瓶带橡皮塞,一瓶不带塞开口的,让两名学生比赛,并对容易程度发表感言,让学生交流讨论、归纳总结。
利用身边的物体设计简便易行的实验,使学生产生认知上的冲突,激发学生学习兴趣和探究欲望,并使他们感受到物理就在身边。让学生在玩中学、学中玩,使整个课堂在求知探索之中进行,更彰显探究教学的乐趣,同时也提高了学生自主探索的欲望,充分调动了学生的积极性,在轻松愉快的氛围中解决这个难点。
二、关于大气压的测量
针对难点二,本课的设计思路是利用实验体验引入问题,引导学生通过知识迁移,借助转换法、等效替代法等方法,将看不见的大气压等效替代成固体压强和液体压强来进行测量,利用层层递进的思维引导,让学生扶阶而上,用学过的知识解决新问题,最终在实验探究过程中,完成新的认知结构的建构。具体过程如下:
第一步:半球实验,感受威力
(1)体验:感受大气压的大小。让两个挂钩吸盘,吸在一起,排尽里面的气体,用手拉开看看。
(2)介绍马德堡半球实验:教师邀请两位“大力士”同学模拟马德堡半球实验,并结合课件中的动画给学生讲马德堡半球的故事,让学生了解物理发展史中的盛事,并感受大气压的威力,紧接着提出问题:“大气压究竟有多大呢? ”
第二步:分组探究,估测气压
师:前面我们已经学习过了固体压强和液体压强的求解方法,分别是什么?我们能否将看不见摸不着的空气压强转换成固体压强或液体压强来测量?
安排学生利用所学压力压强知识和手边教师提供的吸盘、注射器、弹簧测力计等器材进行分组实验,估测大气压。学生较容易想到通过测压力和受力面积用公式P=F/S来计算出大气压的值,容易设计出以下(如图)两种实验:
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在探究活动中,由于实验室所用弹簧测力计量程较小,吸盘(或针筒活塞)被拉动瞬间弹簧测计读数较难把握,学生实验探究难以成功。这时教师引导学生对实验进行改进,用装沙子或水的挂瓶,或者用小钩码加橡皮泥来代替弹簧测力计测拉力的大小。实验时教师巡视并进行指导,组织学生对实验进行评估,让学生了解到:吸盘中(或针筒)的空气往往难以排尽,拉动吸盘时受力面积也发生了变化,这些因素会导致实验结果不够精确。
第三步:转换思路,水柱测压
教师因势利导,启发学生从前面所做的“覆杯实验”入手,让学生思考,换更高的容器实验结果又会怎样呢?让学生试试看。实验后水依然不流出,教师继续发问:“大气压究竟能支持多高的水柱呢?”此时播放大气压支持水柱的实验视频,引导学生分析获知:大气压的大小就等于它所支持的水柱所产生的压强,获得一种可以准确测量大气压值的方法。
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第四步:发现问题,寻找替代
学生发现上面实验有缺陷:支持水柱过高,实验操作不方便。教师进一步引导学生考虑换用密度更大的液体――水银来解决问题。由于水银有毒,所以笔者通过实验视频给学生介绍托里拆利实验并结合动画进行分析,让学生利用液体压强公式来计算大气压强,并强调一个标准大气压的值。通过以上两个环节,引导学生用等效替代的方法来改进实验,由“覆杯实验”到“用水柱测压强”再将水柱换成汞柱,从而让学生轻松理解托里拆利实验的原理,突破本节课的教学难点。
著名的“托里拆利实验”
1643年,托里拆利在前人实验的基础上受到启发,选用密度较大的水银(密度约是水的14倍)做实验,最终获得了成功.他在一根长度约为1米、一端封闭的玻璃管(后称托里拆利管)内灌满水银,然后用手指堵住管口,将其倒装有水银的水银槽里(如图),放开手指后,可看到原来充满玻璃管的水银柱迅速下降,并停留在一定的高度处,顶部让出了空间.为了进一步证实管中水银柱上部空间是真空,托里拆利又改进了实验.他在水银槽中的水银面上注入清水直到缸口,然后把玻璃管缓缓地向上提起,当玻璃管管口提高到水银和水的分界面以上时,管中的水银便很快地泻了出来,同时水猛然向上窜入管中,直至管顶.由此可见,原先管内水银柱上方部分确实是空无所有的真空.这是人类最早用人工方法获得的真空,曾轰动一时,人们把它叫做托里拆利真空.原先的水银柱和现在的水柱都不是被“真空力”所吸引住的,而是被管外水银面上的大气重量所产生的压力托住的.托里拆利在实验中进一步研究发现:不管玻璃管的长度如何、粗细如何,也不管玻璃管是处于竖直的还是倾斜的,管内水银柱(即管内水银液面到水银槽中水银液面)的竖直高度总是保持在760毫米左右.这就是著名的“托里拆利实验”.
气压计的发明
根据托里拆利实验原理,既然大气压可以托起一定高度的水银柱,于是托里拆利就提出了可以利用水银柱高度来测量大气压的大小.1644年,他同维维安尼合作,制成了世界上第一具水银气压计.由于这具水银气压计直接用水银柱高度来表示大气压的大小,后来人们把相当于1毫米水银柱高的压强叫做1托里拆利,以纪念他的伟大贡献.托里拆利在实验研究中还发现,玻璃管中水银柱的高度会随地面的高度、天气的阴晴及气温的变化而变化,由此得出大气压强也是随着高度、阴晴及气温的变化而变化的结论.使人们认识到天气的阴晴与大气压的变化存在一定的因果关系,利用气压计观测大气压强的变化就可以进行天气预报.当气压计中的水银柱下降时,往往预示着阴雨天气的到来;反之,当气压计中的水银柱上升时,天气将转晴,故而气压计又被叫做“晴雨表”.气压计的发明具有重要的意义,它开启了定量测量大气的研究方法,推动了大气科学的发展.
气压计的种类
气压计分为两种:一种是水银气压计,另一种是无液气压计.
1.水银气压计 它是根据托里拆利实验原理制成的,大气压强不同,托起的水银柱高度就不同.下图是实际应用的一种“福廷式水银气压计”,玻璃管底部的水银槽是用一个皮囊所代替,并附有可以调准的象牙针使其指示水银面,在玻璃管外面加上一个金属护套,套管上刻有量度水银柱高度的刻度尺.在水银槽顶上另装一只象牙针,针尖正好位于管外刻度尺的零点,另用皮袋作为水银槽底.使用时,轻转皮袋下的螺旋,使槽内水银面恰好跟象牙针尖接触(即与刻度尺的零点在同一水平线上),然后由管上刻度尺读出水银柱的高度,此高度示数即为当时所测地方大气压的大小.大气压的单位可以直接用毫米水银柱高表示,也可以使用国际单位制帕斯卡(Pa)作单位,如果测出的是水银柱高h,根据p=ρ汞gh公式计算出的数值就是以帕斯卡为单位的.当然这个计算结果在制造气压计时就把它标到气压计上了,通过水银面对准的刻度,就可以知道大气压强的大小了.
水银气压计的优点是测量准确,缺点是体积较大、携带不方便、易损坏.多用于实验测量、气象观测等.
2.无液气压计 无液气压计最常见的一种就是金属盒气压计,它主要是由表面带有波纹状的真空金属盒、杠杆传动机构以及指针等部分组成,如下图所示.金属盒气压计的工作原理是:以弹性材料做成的薄膜真空金属盒作为感应元件,它将大气压强作用在空盒上的压力转换成空盒的弹性轴向位移,通过杠杆和传动机构传给指针,使指针发生偏转.为了不使金属盒被大气压所压扁,用弹性钢片向外拉着它.当大气压强增大时,盒盖就向内凹进去一些,弹性钢片就带动指针沿顺时针方向偏转.指针顺时针偏转角度越大,说明大气压升高变化量就越大.当大气压强减小时,弹性钢片就把盒盖向外拉起来一些,这时弹性钢片又带动指针沿逆时针方向偏转.指针逆时针偏转角度越大,说明大气压降低的变化量就越大.当空盒的弹性应力与大气压力相平衡时,指针就停止转动,这时指针下面刻度盘上的示数,就是当时大气压强的值.如果在无液气压计的刻度盘上标的不是大气压的值,而是高度,于是就改装成了航空及登山用的高度计.
它的优点是使用方便、体积小便于携带,但缺点是测量结果不够准确.多用于登山测量、飞机的高度计等.