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２０１４年第５期　物理通报　物理实验教学　对“估测大气压值＂实验的分析与改进　胡世龙　（赣榆县柘汪中学　江苏连云港　２２２１１３）　（收稿日期：２０１３—１０—１４）　摘要：苏科版教材中“估测大气压的值”的实验，虽为教师演示实验，但按照教材的方案进行实验，实验结果　与理论上相差甚远．在理论分析的基础上，充分考虑到针筒中残留气体、针筒与活塞之间的摩擦力对实验结果的影　响，对实验操作方法及数据的处理做了一定的改进，达到预期的教学效果．　关键词：针筒与活塞　残留气体　摩擦力　实验误差　苏科版物理教材八年级下册第十章第３节“气　体的压强”一节内容中，编者设计了一个探究活动　排净针筒中的空气，然后用橡皮帽封住注射器的小　孔．从理论上分析可知，注射器中的空气不可能完全　排净，至少注射器针筒的尖端部分还有一小段空气　柱，针筒中无法出现理想中的真空状态，也是造成所　测大气压的值比标准大气压值偏小的主要因素．　（２）当注射器活塞开始滑动时，弹簧测力计的　示数Ｆ与大气对活塞的压力近似相等．事实证明，此　时弹簧测力计对注射器活塞拉力大小与大气对活塞　的压力大小相比较差别很大，直接造成了所要测量　估测大气压的值．教材中所选取器材包括量程　为２　ｍＬ注射器１只、量程为１Ｏ　Ｎ弹簧测力计１只．　实验装置如图１所示．　羹一　蟊　图１　利用注射器估测大气压值的实验装置图　在设计实验步骤时，教材上明确标出：　（１）把注射器的活塞推至注射器针筒的底端，　的大气压值与标准大气压存在很大误差．　表１是笔者和学生一起按照教材上方法进行实　验并收集的数据．　实验步骤：　（１）将学生电源，灵敏电流表，两个铜片接入电　路中．　（２）本实验器材需要做一个支架，可使两个铜　片上下、左右移动，既美观，又严格按照控制变量法　来探究本次试验，使结果更精确．支架作法很简单，　在容器的４个角固定４根木棍，在木板对应位置穿４　个孔，即可使木板带动铜片在木棍上下移动．在木板　中间位置穿一条一字型长孔，即可使铜片在木板上　左右移动．　（２）将两个铜片插入盐水中，改变两个铜片之　间的距离．观察电流表的示数．　得出结论：导体的电阻与导体的长度有关，导体　越长电阻越大．　（３）将两个铜片插入盐水中，改变两个铜片插　入的深度．观察电流表的示数．　实验作为物理教学的一种手段，不仅在感官上　能引起学生的注意，激发学习的兴趣，而且在能力　上，对学生也有很大的帮助与推动作用．有些实验由　于可见度差、学生参与少等原因，师生同样花了那么　得出结论：导体的电阻与导体的横截面积有关，　横截面积越小电阻越大．　（４）使两个铜片插入深度和距离不变，分别插　入盐水和水中．观察电流表的示数．　得出结论：导体的电阻与导体的材料有关．　注意事项：　多的精力，但从培养学生的注意力、观察力、操作能　力、发现问题并积极探索的能力取向等方面而言，收　效甚差．为了扭转这种不利状况，教师在实验教学中可　以做出尝试，不断进行改进，以达到更好的教学效果．　珠海市拱北中学迟莹老师对本文部分观点给予　宝贵建议并提供实物图片，作者一并感谢．　（１）为了使实验现象明显，盐水尽可能浓度高　可处于饱和状态．　
２０１４年第５期　物理通报　物理实验教学　表１　原教材实验方案的数据记录与分析处理　大气对活塞　注射器的　针筒上全部　活塞的横截　大气压的值　的压力Ｆ／Ｎ　容积　／ｍＬ　刻度长度Ｌ／ｃｍ　面积Ｓ／ｍ　ｐ／Ｐａ　９．６　２　３．１８　６．３×１０　ｌＩ　５２×１０　由表格中的数据不难看出，按教材上设计的方　摩擦力是一对平衡力，大小相等，方向相反，即Ｆ　一　案测出的大气压值约为标准大气压值的１．５倍．从　Ｆ滑动．因为活塞相对于针筒之间滑动，所以它们之间　理论上说，注射器中尖端部分残留的少量空气只会　的摩擦属于滑动摩擦，而滑动摩擦力的大小仅与针　造成所测大气压值偏小，显然与上面实验结论不相　筒对活塞的压力大小及两者之间接触面的粗糙程度　符．因此，只有针筒与活塞之间的摩擦力才是造成所　有关．在用同一个注射器进行实验时，针筒对活塞的　测大气压值偏大的主要原因．　压力大小及两者之间接触面的粗糙程度都保持不　为了减小以上两个方面因素对实验结果的影　变．所以，此时所测出的活塞与针筒之间的摩擦力可　响，笔者在原有实验设计的基础上做了一些改进．　以看成是一个恒定不变的数值．　（１）考虑针筒中残留空气对实验结果的影响　接着按照上面所述的操作方法，排尽针筒内的　为了能将注射器针筒中的　空气，用橡皮帽封住注射器的小孔．然后按照图１所　空气完全排净，笔者现将针筒中　示将装置连接好，水平向右拉动注射器针筒，当注射　吸人少量水，然后按图２所示的　器中的活塞刚开始向左滑动时，记下弹簧测力计的　方法，拿住注射器，用手指轻轻　示数为Ｆ　．设此时大气对注射器活塞的压力为Ｆ　，　弹针筒的外壁，直至针筒中的水　对活塞受力分析可知：Ｆ　一Ｆｏ＋Ｆ滑动，很容易得出　柱里没有气泡，再向上轻轻推动　空气对活塞的压力为Ｆ。一Ｆ。一Ｆ滑动；在上面操作的　活塞，将针筒中的水排出．此时　针筒尖端将保留一小段水柱，再　图２　基础上，缓慢减小针筒对弹簧测力计的拉力，当注射　器中活塞刚刚开始向右滑动时，记下弹簧测力计的　套上橡皮帽使其密封．这样就保证在实验时针筒中　示数为Ｆ　，假设此时大气对活塞的压力为　，对活　没有空气，处于真空状态，有利于减小实验误差．　塞受力分析可知：Ｆ　一Ｆ　＋Ｆ滑动．笔者把两次大气　（２）考虑针筒与活塞之间摩擦力对实验结果的　对活塞的压力的数值相加后取平均值，即　影响　Ｆ一　±　一　二　堂　±　±￡煎塾一　±　考虑到针筒与活塞之间摩擦力对实验结果影响　２　２　２　较大，笔者重新设计了以下的实验方案．首先，用细　这样就可以大大地减小活塞与注射器之间摩擦　绳拴住注射器活塞的颈部，使绳子的另一端与测力　对实验结果的影响，使实验结果更加接近于标准大　计的挂钩相连，然后水平向右缓慢拉动注射器的针　气压的值．　筒，当注射器针筒内的活塞在针筒内均匀滑动时，　笔者按照上面的实验方案进行实验，现将实验　活塞所受向左的拉力与活塞与针筒之间向右的滑动　时所测量的数据记录如下表２所示．　表２　改进实验方案后的实验数据记录与处理　当活塞刚向右　当活塞刚向左　大气对活　注射器的　针筒全部　活塞的横　所测量大　缓慢滑动时测　缓慢滑动时测　塞的压力　容积　刻度长度　截面积　气压的值　力计示数Ｆ　／Ｎ　力计示数Ｆ。／Ｎ　Ｆ／Ｎ　Ｖ／ｍＬ　Ｌ／ｃｍ　Ｓ／ｍ０　ｐ／Ｐａ　９．８　５．６　７．７　２　３．１８　６．３×１Ｏ　１．２２×１Ｏ　对表２中的数据分析可知，使用改进后的实验　的理解，也一定会收到良好的教学效果．　方法所测量出来的大气压的值更接近于标准大气压　参考文献　值，实验误差相对较小．这样的实验现象对学生来讲　１　刘炳界，李容，贾克钧，徐荣亮，陆建隆，等．物理（８年级）・　更直观形象，具有说服力，更有利于学生对物理知识　下册．南京：江苏科学技术出版社，２００８．８６　一８４一　

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