大气压强的创新实验设计分析

摘要：

分析了大学生宿舍空间以及微收纳家具的概念和发展现状，探讨了大学生宿舍和微收纳家具之间的关系，研究了大学生宿舍微收纳家具的设计功能要求、表现形式及理念。指出，微收纳家具营造宿舍空间带来的空间的灵活性，解决了大学生宿舍中空间不足的问题，为大学生提供更大的生活空间。

关键词：大学生宿舍；空间；微收纳家具；设计研究验证

大气压的存在是“大气的压强”一节教学的重要内容，这对帮助学生认识大气压的相关知识有不可缺或的作用．虽然大气压与我们的生活密切相关，但由于空气不像固体和液体那样可以直接视觉或有直接的触觉感受，大气压的存在又不为我们所觉察，这对于刚接触物理的学生来说，认识大气压有一定的难度或疑惑，必须有足够实验和事例来演示说明．因此在“大气的压强”的教学中，通过演示实验和自主性学习体验到大气压强的存在是这节课的重点，也是引导学生体会到大气压强存在的关键．而教材中的演示实验是有限的，能够演示大气压强的实验也不少，但是有些演示实验不是实验过程复杂、效果差，就是成本高，或者费时等等，如马德堡半球模拟演示实验，将两个半球对在一起，然后用抽气机将中间的空气抽出，这就需要较长的时间;由于仪器老化，半球的密封性变差，使得球内的空气也不易抽尽，导致学生在拉球时不用费很大的力就把半球拉开，不能反映大气压有很大压力的物理事实．因此，需要物理教师挖掘实验资源，引导学生到生活中去找原型，用创新的教学手段，展示生动、有趣、明了、简洁的气压应用实例，以加强学生运用所学知识解决实际问题的能力，培养他们的观察能力、动手能力及创新思维．下面介绍几例大气压强的创新实验．

1敞口气球

你看到过气球吹大后，敞着口不变小的情景吗?许多学生不相信是真的，当看到真实情景时，又百思不得其解．实验器材大的饮料瓶(如5升雪碧瓶)、气球等．首先对饮料瓶作一个简单的处理(其处理方法不说同行们一定能从下面的介绍中明白)，然后在气球未吹之前，把气球的顶部向饮料瓶的瓶口灌进去，使气球的大部分进入饮料瓶，再把气球的口反套到饮料瓶的瓶口上．用手握住饮料瓶，现在用嘴对着饮料瓶的瓶口吹气，等气球吹大后，停止吹气．一个气球敞着口不变小的气球就出现在你的面前．学生看了非常好奇，气球吹起来后，必须把气球的口扎紧，气球才能在较长一段时间内不明显变小．现在气球敞着口为什么不变小呢?原来这里巧妙的借助饮料瓶和大气压共同发挥作用，才出现奇特的现象．而学生看到这个演示现象既疑惑又兴奋，这是一个既有知识性，又有趣味性、娱乐性的演示实验，容易形成学生的激情和师生互动，由此产生的课堂教学效果，不言而喻．更令学生疑惑的是，学生并没有发现老师有其他的操作动作，但是，当老师说气球变小，气球真的逐渐变小;当老师说气球停止变小，气球果然停止变小，敞着口保持一定形状鼓着．气球能够膨胀，必须克服橡胶皮的束缚力．因此，吹气就比较吃力．同样，吹大的气球，敞着口不变小，也必须克服橡胶皮的束缚力．靠什么来克服橡胶皮的束缚力，从实验中发现，只有靠负压来实现．怎样产生这么大的负压呢?你应该发现其中的奥秘了吧．不要把这个实验的奥秘直接告诉学生，而是引导他们探究，这有利于调动学生的积极性和创新思维．这个演示实验对讲授高一理想气体变化规律知识点也有一定辅助说明作用．吹大的气球敞着口不变小，其实质是一个平衡问题．密闭在气球与饮料瓶之间的气体遵守玻意尔•马略特定律:在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系．用玻意尔•马略特定律就能轻松的解释，敞着口的气球为何不变小．因为气球虽然敞着口鼓着，但是气球内腔的气体是恒定的一个大气压保持不变，假设气球缩小，那么根据玻意尔•马略特定律，密闭在气球与饮料瓶之间的气体体积就要变大，而温度几乎是不变的，则气球的气压就会变小，因此气球内、外的气压差就会阻止气球变小，所以在这种情形敞着口的气球不会变小，除非使气球与饮料瓶之间的气体与外界连通．这样把初中物理向高中物理适当延伸，有利于满足不同层次学生的发展需求．

2飞球吸壁

许多玩具是根据物理原理设计生产的，能呈现物理现象和显现物理规律，其巧妙的设计使外观很精美、色彩很鲜艳，呈现的现象非常神奇，对学生很有吸引力，把玩具功能扩展为教学功能，使学生在好奇中学习物理知识．例如，用吸壁球演示大气压的作用．实验器材吸壁球(玩具市场可以买到)．吸壁球的彩色很有吸引力，因为这种球的表面非常特殊，由多种不同颜色的塑料小吸盘组成，塑料小吸盘的弹性非常好．实验方法在讲授大气压强和摩擦力知识点时，用吸壁球做演示实验，对学生也很有吸引力．有些学生可能没有看过这个玩具，先把它向学生展示一下它的外貌，学生对它比较陌生，更不知道是做什么用的．突然把它向黑板抛去，它稳稳地吸在黑板上(如图1所示);再向窗户的玻璃上抛去，它就稳稳地吸在玻璃上，向天花板抛去，它就吸在天花板上．只要是光滑的平面，可以用力直接推上去，也可以向平面抛去(稍有点撞击速度即可)，都能吸在竖直的平面上，吸在竖直平面上的时间跟撞击速度和平面的光滑程度有关．在其他条件相同的情况下，撞击速度较大，吸在平面上的时间较长．这个演示实验学生都能积极参与，便于探究、体验．然后引导学生一起分析实验现象的原理，学生对大气压强知识的消化也就不难了．让学生在“玩”中学，教师指导得轻松，学生学得也轻松．实验现象剖析:当用力把吸壁球抛到竖直的平面上时，由于撞击力的作用，使其中的一个塑料小吸盘内的空气挤出了一部分，塑料小吸盘在恢复形变的弹力作用下，试图恢复原状而使空腔欲变大，这样塑料小吸盘内的气压就要减小为p1，而它的外部大气压p0不变(如图2所示)，内外气压差使塑料小吸盘受到垂直于竖直平面的压力F=(p0－p1)S．设吸壁球与竖直平面的静摩擦因数为μ，那么吸壁球与竖直平面之间的最大静摩擦力为FM=μF=μ(p0－p1)S．刚开始时FM=G(G为吸壁球所受的重力)，由于吸壁球与竖直平面之间总是存在缝隙，外面的空气会不断地通过缝隙进入到塑料小吸盘内，使小吸盘内的气压p1不断变大，随着p1的增大，最大静摩擦力FM逐渐减小，最终当FM接近G时，吸壁球掉落下来．

3一张报纸的力量

报纸是一种常见的学习资料，用报纸做实验器材，对学生来说有特别的新鲜感，笔者用报纸做实验的接近10个，用报纸演示大气压强的实验就是其中的一例．实验器材几根约1m长的同规格木板条、一张大报纸、小铁锤先把一根长约1m、厚度约5mm、宽约50mm的薄木板条放在平整的桌面上，将木板条的三分之一露在桌子边缘的外边，用小铁锤猛力敲击薄木板条，瞬间薄木板条迅猛向上跳起，薄木板条只是有点受损而并没有敲断．再取一根同样规格的长约1m、厚度约5mm、宽约50mm的薄木板条，放在平整的桌面上，木板条的三分之一露在桌子边缘的外边，再取一张完好无损的报纸，把这张报纸覆盖铺在平整的桌面及木板条上，用手把报纸抹平，使报纸尽可能贴近桌面．然后举起你的右手对准露出部分木板条的一端，用力快速劈下(也可以用小铁锤敲击，如图3所示)，只听“啪”的一声，木板条露出的部分在桌面边缘处折断了，而铺在桌面上的报纸和木板条纹丝不动．精彩的实验效果、鲜明的实验现象对比，不仅给学生留下深刻的印象，而且激起学生强热的探究欲望:为什么报纸会有这么大的压力?原来是大气压在暗中帮了大忙．因为大气压强是每平方厘米1千克(力)，一张报纸上的大气压力非常之大．虽然报纸的上下表面都存在大气压力，但是在极短的时间内要使报纸跳起身来，上表面的大气压力就显现出来了．就好比站在水里的人，他前后都有水的压力，但是要他在水里快速奔跑能做到吗?学生对水里有较大的压力或阻力还是有一定的感性认识的，但对大气压强的存在及其数值较大缺乏认识，这有几方面的原因:一是空气的密度相对于水的密度要小得多，因此人们对空气缺乏视觉和触觉的感受;二是人们一直生活在空气之中，体内、体外都存在气压，随时随地都存在气压平衡状态，所以对大气压的感受认识;三是我们看到的周围物体运动速度都是比较小的，气体的流动又比较快，因而对因运动而表现大气压对物体的作用力就多见了．其实，我们可以用一个简单的方法就能做出类似“一张报纸的力量”的实验．把一个较轻、较大又较硬的薄片沿着垂直于薄片平面的方向突然快速移动，你就能明显感受到大气压力的作用了．我们在给学生演示创新实验的目的，不是完全为了满足学生的感受刺激，而是要用新奇的实验现象吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，进而使学生全神贯注地投入学习环境中．教师不仅要把演示实验做得精彩，而且实验现象的原理分析明了，使学生理解现象的本质，捷径地掌握新知识，并且在技能上、创新思维有所提高．

作者：曹兴辉 单位：邳州市占城中学