对“估测大气压的值”实验的创新

高 静

（江西师范大学物理与通信电子学院，江西 南昌 330000）

1 教科书上估测大气压强的实验

沪粤版8年级下册第8章第3节中的估测大气压的实验装置如图1所示.

教科书上的实验步骤如下.

（1）先把注射器的活塞推至顶端，把管内的空气排出，用橡皮帽把它的小孔堵住.

（2）在活塞下端悬挂钩码，并逐渐增加钩码数量，直到活塞将开始被拉动时为止，记下此时钩码的质量m.

（3）测量活塞的直径并计算面积S.

图1 实验装置

用上述方法所测得大气压的值与标准大气压相差很大，让很多教师产生了挫败感，只好用讲实验来代替做实验.学生缺乏实验的支持，大气压的大小在他们的大脑里只是一串数字，没有任何意义.为了让学生体验大气压的大小，把该实验改为学生分组实验.并对该试验进行了误差分析，以提高大气压测量值的准确性.

2 实验误差的分析

误差产生的原因如下.

（1）把注射器的活塞推至顶端时，不能把针筒顶端圆柱性小孔内的空气排除，这部分空气作用在注射器的活塞上会对活塞产生一个向下的推力.

（2）注射器的活塞与针筒之间存在摩擦力.

（3）钩码的质量有固定的值，拉动注射器的活塞时所需的拉力不一定是钩码的整数倍.

（4）由于实验是在竖直方向上进行，活塞的自重也会影响测量值的准确性.

3 实验的改进

（1）实验器材：水槽，适量的水，60mL和5mL的注射器，医用输液管，适量的沙子，塑料袋，自制挂钩，弹簧测力计，细绳，电子秤.

（2）实验装置：如图2所示.

图2 实验装置

（3）实验步骤：

① 先把打点滴用的一小段输液管套在针筒顶端圆柱形小孔上，再把注射器放入大量的水中，吸入适量的水，把针嘴端竖直朝上并用手指轻弹针筒使水中的气泡全部跑到注射器的上端的输液管里，再把活塞推到顶端排除针筒和输液管里面的空气.接着把另一个注射器用相同的方法把注射器中的空气排尽，再在水中把注射器套到输液管的另一端.

② 在水平方向，用弹簧测力计拉住5mL注射器活塞上的绳套，测出活塞与针筒之间的摩擦力的大小F.

③ 用挂钩把塑料袋挂在活塞上的绳套上，并逐渐向塑料袋里添加适量的沙子，直到活塞开始运动.

④ 用电子秤称出活塞和沙子的总质量m.

⑤用化曲为直的方法量出活塞的周长L，并计算出活塞的面积S.

（4）一组学生的测量结果，如表1所示.表1中G表示活塞和沙子的总重量，p为大气压值.

表1

实验结束之后，请学生从理论上计算要使60mL的活塞运动起来应该挂上多重的物体，并用上述实验器材进行验证.该环节可以加深学生对大气压大小的体会.

4 实验的创新之处

（1）用一截输液管和一个注射器代替橡皮帽.橡皮帽的直径大小很难和针筒顶端圆柱形小孔的直径大小相吻合，当橡皮帽的直径小于小孔的直径时，橡皮帽难以套上小孔；当橡皮帽的直径大于小孔的直径时，橡皮帽虽然容易套上小孔，但气密性不好.在实验过程中为了减少由橡皮帽引起的误差需要用一个手指按在小孔上，如图1所示，这种握法会增加实验的操作难度.而点滴管的直径和针筒顶端圆柱形小孔的直径相吻合，容易套上且气密性良好.按如图2的方式进行实验，操作简单.

（2）活塞自重所引起的压强大小的数量级为102，相对于大气压标准值的数量级105可以忽略不计，但在实验过程中还要考虑活塞自重所引起的误差，有利于培养学生对待科学探究的严谨态度.

（3）把活塞与针筒之间的摩擦力的大小测量出来，在分析与论证阶段加以考虑，可以把摩擦力引起的误差减到最少.

（4）实验器材全部是生活中常见的物体，只需对它们进行简单的组合就可以进行实验探究，且操作简单，实验容易成功，可以很好地激发学生用身边的资源来探究物理现象的兴趣.

（5）先从理论上计算60mL注射器所能成受的物重，再通过实验验证，可以进一步加深学生对大气压大小的认识. （收稿日期：2014－12－01）