“大气的压强”教学设计与评析

导语：

　　引导学生分析各种改进了的实验装置在测算大气压强时有哪些不足之处，哪种方法更科学、更实用。

　　通过学生自己分析、自己改进实验装置，学生最后得出与托里拆利实验相近甚至相同的实验装置和实验方法，此时再告诉学生该实验叫托里拆利实验，因为最早是托里拆利用这样的实验测出大气压强的大小的。

　　引导过程如下：

　　( 1 )从瓶口吞鸡蛋这个实验我们可以想到，如果知道了大气施加给鸡蛋上半部分的压力 F 和鸡蛋上半部分的面积 S ，就可以利用公式 p =( F / S )算出大气压强。但这里的压强和面积不易测量，显然用这个实验装置无法测出大气压强。

　　( 2 )从马德堡半球实验我们同样可以想到，如果知道了大气施加给半球的压力 F 和半球的面积 S ，就可以利用公式 p =( F / S )算出大气压强。这个压力 F 与刚好把半球拉开时的拉力的大小相等，测出拉力的大小就可以知道 F 的大小。由于圆形的表面积不方便计算，我们可以把半球改装成正方体容器，这样面积 S 能较容易的测出。尽管利用这个实验的原理和装置可以测算出大气压强，但是，由于需要很大的拉力才能把半球拉开，而且刚好把半球拉开的力并不容易确定出来，所以上述实验缺乏可行性。

　　( 3 )从倒置水杯实验我们可以想到，大气压强等于水杯内水的压强与杯底对水的压强之和。杯内水的压强可以很方便的测算出，但杯底对水的压强无法得到，显然用这样的实验装置无法测出大气压强。

　　( 4 )从有孔的可乐瓶能装水这一实验我们可以想到，大气压强等于瓶内水的压强与瓶内水上方气体的压强之和。瓶内水的压强可以很方便的测算出，但瓶内水的上方气体的压强无法得到，显然用这样的实验装置也无法则出大气压强。

　　( 5 )将上面两个实验结合起来考虑，我们发现都是水上方的压强无法确定，那么，如果我们想办法让水上方的压强为零(这样容器顶不会对水产生压强)，也不让水的上方有气体(这样就没有气体压强作用在水的上方)，于是，只要我们测出水柱的高，算出水柱的压强，我们就能得到大气压强。

　　( 6 )我们遇到新问题是，当我们试图把装水的容器上方抽成真空时，水面在不断地向上升，为了让水不接触容器顶，容器得不断地加长(放录像：抽出管中的空气时，可以把水抽到高达 10 m以上)。显然，用这种方法来测大气压强必须要有足够长的管子和足够高的空间。在新的问题面前，我们考虑到在这样的装置下，大气压强等于液体的压强，而液体的压强与液体的高度和密度有关。在大气压强不变的情况下，如果换用密度较大的液体，液体的高度应该会按比例降低。于是我们考虑把水换成水银，发现当水银上方抽成真空时，水银柱的高度不到 1 m，这证明我们的思路是正确的。另外，考虑到使用抽气机把液面上方的空气抽成真空既不方便，也不好实现，我们想到，先把一段长 1m 左右的玻璃管内装满水银，再将其倒置于水银槽内，这样，当管内水银面下降时，上方自然成为真空(如图 1 所示，图略)。这样的实验装置和实验步骤最早是由托里拆利设计的，所以把这样测定大气压强的实验叫做托里拆利实验。

　　5. 托里拆利实验

　　实验 7 (教师做该实验)第一步：规范操作托里拆利实验全过程，得出此时此地的大气压强的值。第二步：倾斜玻璃管，让学生读出水银柱的竖直高度;第三步：换用不同的内径的玻璃管做该实验，让学生读出所测大气压强的值。

　　分析实验托里拆利实验中，水银柱液面的高度差与玻璃管内径的粗细、玻璃管是否倾斜无关。根据所测得的数值计算出当时当地的大气压强的值，并让学生了解在标准状况下，大气压强可支持 760 mm Hg ，此时对应的大气压强的值是 1.01 × 105P a。

　　6. 讨论与练习

　　讨论 1 大气压强这么大，为什么我们感觉不到 ?

　　讨论 2 把装满水的量筒浸入水中，口朝下，抓住管底向上提，在筒口离开水面前，量筒露出水面的部分是空的 ? 是有水，但不满 ? 还是充满水 ? 为什么 ?

　　练习 1 、课本第 131 面 1 、 2 题。

　　练习 2 、如图 ( 图略 ) 所示是托里拆利实验的示意图，已知当时的大气压等于 760 mm Hg 产生的压强，则 A 点的压强、 B 点的压强、 C 点的压强分别是多少 ?

　　7. 小结

　　本节课的主要内容是：