物理知識點:大氣壓強的測量

課程簡介:

《大氣壓強》是初中物理八年級下冊的內容,是中考常考重要知識點,涉及到選擇、實驗、計算等多種題型。由於氣體看不見、摸不著,氣體壓強不像固體壓強和液體壓強對於學生來說容易接受和理解,在教學中存在諸多難點。本文主要是探討藉助於矩道VR/3D虛擬仿真實驗室,通過實驗探究的方式進行大氣壓強的測量。


課程內容:

實驗一:利用壓強的定義式P=F/S來粗略測量大氣壓的值。

實驗器材:

彈簧測力計,2mL注射器,橡皮帽,刻度尺,細線等。

實驗原理:

1、壓強定義:物理學中,把物體所受的壓力與受力面積之比叫做壓強,用公式表示為:

物理知識點:大氣壓強的測量

2、 二力平衡:當注射器中的活塞剛開始滑動時,活塞所受的大氣壓力近似等於彈簧測力計的拉力大小。


實驗過程:

1、 把注射器活塞推至底端,排盡注射器內空氣,用橡皮帽封住注射器的端口。並用細繩拴住活塞的頸部,將其掛在彈簧測力計的掛鉤上,彈簧測力計另一端固定在牆面上。

物理知識點:大氣壓強的測量

2、 水平向左慢慢拉動注射器針筒,當活塞開始相對於針筒滑動時,停止操作。記錄此時彈簧測力計示數F,並用刻度尺測出注射器刻度部分的長度L,用注射器容積V除以長度L,可得到活塞橫截面積S=V/L。由P=F/S計算此時大氣壓強的值。


實驗二:利用P=ρgh的原理來測量大氣壓的值(托里拆利實驗)。


實驗器材:

一端封閉、長約1米、裝滿水銀的玻璃管,水銀槽等。


實驗原理:

意大利科學家托里拆利,巧妙地利用大氣壓能托起物體,通過測量大氣壓能夠托起水銀柱的高度,間接地測量出了大氣壓的值。

管內水銀柱上方為真空,管內高出液麵的這部分高度,正是由於大氣壓強的支撐,大氣壓強的大小決定著它所能支撐的液柱高度,從而利用液柱所產生的壓強就可計算出大氣壓強。


實驗過程:

1、在長約1米、一端封閉的玻璃管內裝滿水銀,用手指將管口堵住,然後倒插在水銀槽中。鬆開手指,管內水銀下降到一定高度後不再下降。用直尺測量出管內水銀柱到液麵的高度,約為760mm。(由於水銀有劇毒,要帶上膠皮手套,避免與水銀直接接觸)

物理知識點:大氣壓強的測量


2、左右傾斜水銀管,觀察水銀柱高度的變化。發現水銀柱的垂直高度差不變;當傾斜到一定程度,管內充滿水銀,說明管內確實沒有空氣,而外界大氣壓不變,始終與760mm水銀柱產生的壓強相等。

物理知識點:大氣壓強的測量

3、保持水銀管不脫離液麵,上下移動水銀管,觀察水銀柱高度的變化。發現水銀柱的垂直高度差不變,說明大氣壓與玻璃管的長短無關。

物理知識點:大氣壓強的測量

4、用不同粗細的玻璃管重做這個實驗,觀察水銀柱高度的變化。發現水銀柱的垂直高度差不變,說明大氣壓與玻璃管的粗細無關。

物理知識點:大氣壓強的測量

5、在水銀管內混有一小段空氣,重做實驗,觀察水銀柱高度的變化。發現水銀柱的垂直高度差變小,這是因為管外大氣壓沒變,大氣壓值等於管內的水銀柱和空氣柱產生的壓強之和,因此水銀柱的垂直高度差要減小一些。

物理知識點:大氣壓強的測量

6、調節氣壓環境,在不同的環境下進行實驗。發現環境氣壓升高時,大氣壓所託起的水銀柱高度增大;環境氣壓降低時,大氣壓所託起的水銀柱高度減小。說明大氣壓強的大小決定著它所能支撐的水銀柱高度。

物理知識點:大氣壓強的測量

7、將玻璃管頂端的封口打破,觀察水銀柱高度的變化。發現水銀柱下降到與水銀槽中液麵同高。這是因為大氣從管上方進入管內,在大氣壓的作用下水銀柱下降到管內外液麵相平,水銀管與水銀槽構成了一個連通器。

物理知識點:大氣壓強的測量


總結:

實驗一的方法利用了日常生活中常見的事物來完成,器材比較容易獲取,操作也簡單,教師可以通過學生分組實驗的形式讓學生自己動手完成,讓學生感悟科學探究的方法,領悟實驗的魅力。而在這個過程中,教師可以利用VR/3D虛擬仿真實驗講解實驗原理,帶領大家一起回顧實驗過程,進行實驗總結。


實驗二托里拆利實驗,由於水銀有劇毒,不宜在課堂演示。而藉助於VR/3D虛擬仿真實驗,能夠讓學生在毫無危險的情況下體驗實驗的全過程。不同於播放視頻,它的強交互特性能夠滿足學生自主探究的需求,也滿足了教師邊做實驗邊講解的需要。更重要的是,實驗允許自由設置像水銀管粗細、傾角、是否混有空氣等多種實驗條件,極大滿足了教學需求。


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