乐山嘉祥外国语学校   贾琴

【摘要】在初中物理《大气压强》这一节的教学中，由于水银有毒，易挥发，不能在课堂上直接演示托里拆利实验，只能通过动画或视频来展示托里拆利实验，学生不能亲历大气压强的测量过程，为了弥补这一缺陷，教师在知识理论的基础上，不断实践探索，研制出一个利用二力平衡法粗测大气压强的实验装置“大气压强测量演示仪”。本文介绍如何使用大气压强测量演示仪,通过数学方法和物理公式来测量当地大气压强的近似值。并与标准大气压强值对比,讨论该实验方法的优点及不足。
【关键词】大气压强；杠杆原理；二力平衡法
        1引言
        《大气压强》这一节中，托里拆利实验测量出一个标准大气压的数值为P0=1.013×105Pa。教材上还有一个测量大气压的方法，利用弹簧测力计来拉动橡皮碗估测，按照这样的方法理论上是合理的，但是经过多次实验，用弹簧测力计拉到满量程都拉不开。即使换用大量程的弹簧测力计，我们在拉橡皮碗的瞬间，弹簧秤的示数将急剧变化，很难读出这时的示数，所以用弹簧测力计测出的数据很不准确。为了解决这个难题，通过一个简单的实验装置，用传感器测力。它能够展示拉脱橡皮碗过程中拉力的变化，并准确测量刚拉脱的橡皮碗时的拉力。
        2实验装置设计
        实验装置设计如下图所示，由方形金属管材焊接框架底座，在底座两侧稍靠近内侧中部焊接两根方形金属立柱，两立柱内侧粘接与框架等宽的8mm厚的玻璃。立柱上连一由金属管材制成的省力杠杆，拉力传感器和单片机固定在一塑料硬盒中，硬盒固定在杠杆上缘，显示屏固定在右侧立柱上部，杠杆支点下方。在拉力传感器挂钩正下方画有一十字形标尺，橡皮碗中心置于十字标尺的中心，用牢固且弹性小的细线连接橡皮碗上的挂钩和拉力传感器。

        图1. 大气压强测量演示仪结构图
        3 在物理教学中的使用方法
        在学生学习这一节内容时，学生先通过视频或教师讲解托里拆利实验，并计算出大气压的数值约为1.0X105Pa后，再利用本仪器进行演示大气压的测量过程，让学生直观感受大气压的测量过程。先引导学生分析实验的原理，再进行实验演示，利用测得的数据计算大气压强，将计算结果与托里拆利实验的测量结果进行对比，分析测量结果偏小的原因。
        4用大气压强测量演示仪粗测大气压强
        4.1实验原理
        将蘸少量水的橡皮碗挤压在玻璃板上，排出橡皮碗内部的空气，通过拉力传感器向上拉，单片机能捕捉刚拉脱橡皮碗时最大拉力，拉脱橡皮碗时的最大拉力和大气压力相等，测出橡皮碗的直径d，利用公式P=F/S，S=π(d/2)2，（d为直径，π是圆周率，通常取3.14）计算就可得出大气压强计算公式P=4F/πd2。
        4.2实验步骤
        (1)将蘸少量水的橡皮碗挤压在光滑玻璃板的十字标尺上，尽量排出里面的空气；
        (2)用细铁线连接橡皮碗和拉力传感器的挂钩，接通驱动传感器的单片机和显示屏的开关。
        (3)用左手压住底座玻璃板，右手缓慢向上抬，直到拉脱橡皮碗，这个过程中学生通过显示屏会观察到橡皮碗所受拉力逐渐增大，拉脱橡皮碗瞬间，显示屏示数急剧变化，通过单片机设计的程序，自动捕捉最大值。
        （4）按下单片机的最大值按钮，刚拉脱橡皮碗时最大的力F就显示在显示屏上。
        （5）在拉脱橡皮碗的过程中，橡皮碗口与玻璃接触的横截面积也越来越小，需要一个同学观察并读出刚拉脱橡皮碗时的直径d.
        （6）利用测得的拉脱橡皮碗时的拉力和测得的直径，根据P=4F/πd2计算大气压强。实验数据见表1.表中d为刚拉脱橡皮碗时橡皮碗与玻璃板接触的直径，F为拉脱橡皮碗时那一瞬间的力，P为计算出的压强值。

       
        4.3实验的优点与不足
        优点：
        1.自制的大气压强测量演示仪，能够展示拉脱橡皮碗过程中拉力的变化，并能准确测量刚拉脱的橡皮碗时那一瞬间的拉力。
        2.学生能亲历实验过程，动手操作，简单易行，切身感受大气压强的大小。达到实验创新与改进的目的。
        3.将实际测量结果与标准大气压进行比较，分析偏小的原因，提升学生对测量结果进行评估的意识。同时学生对大气压强的测量会有更深入的理解，激发学生的学习兴趣。最重要的是，教师制作该实验装置，给学生树立了很好的榜样，让学生也形成尊重事实，敢于质疑，善于反思，勇于创新的科学态度。
不足：
        1.实验过程中把橡皮碗压在玻璃板上的时候，里面的空气难以完全排干净，不可能完全是真空。
        2.在测量刚拉脱橡皮碗的直径时也可能会有一定误差。
        3.本地的的大气压本来就低于标准大气压。
        5结语
        初中物理课堂实验居多，但很多实验由于各种原因难以在课堂中实现，学生不能够很好的理解物理知识。教师就可深入研究物理教材，发明设计出新的并且对物理教学有帮助的教具。也可和学生一起共同去了解物理实验的原理，熟悉实验器材，制定可行的方案，经历科学探究和实践的过程，制作出可操作性和实效性的物理教学模型，来弥补物理课堂教学缺陷。
参考文献:
【1】代伟.利用塑料吸盘粗测大气压[J].物理实验,2013,33(08):25-26.
【2】张雯婷.巧测大气压强[J].科技视界,2016(03):151+183.