大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)有很多，或簡或繁。但有的實(shí)驗(yàn)存在很多爭議。為體現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會(huì)的課程理念，我們著意簡中求勝的實(shí)驗(yàn)探究。

大氣壓與我們的生活密切相關(guān)，但大氣壓的存在又不為我們所覺察。以至在日常生活從未有過因身負(fù)巨大壓強(qiáng)而產(chǎn)生的不適感，吸牛奶、倒開水時(shí)也極少有人意識(shí)到是大氣壓在幫忙?；仡^再看課本，掛衣鉤、吸飲料……都無法使學(xué)生直觀地看到大氣壓強(qiáng)的存在。教材中介紹了幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，如覆杯實(shí)驗(yàn)，瓶“吞”蛋實(shí)驗(yàn)，馬德堡半球?qū)嶒?yàn)等。

在實(shí)際教學(xué)過程中，瓶“吞”蛋實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果最好。因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)做起來很簡單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也很明顯，學(xué)生興趣很高，教學(xué)效果也很好。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)也存在一些缺點(diǎn)即：

1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間長，不方便。

2、實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性很差，幾乎不能重復(fù)實(shí)驗(yàn)。蛋被瓶“吞”進(jìn)去以后，要把雞蛋完整地取出來幾乎不可能。這樣，如果有的學(xué)生沒有看清，想再做一次，就必須用另外一只瓶子和雞蛋。

3、實(shí)驗(yàn)不是百分之百成功。由于所準(zhǔn)備的雞蛋不規(guī)則，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的失敗，給學(xué)生造成錯(cuò)覺，從而影響教學(xué)效果。

有證明大氣壓存在的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，看起來有點(diǎn)意思但又離學(xué)生久遠(yuǎn)。顯然，生活中的大氣壓強(qiáng)經(jīng)常不為人們覺察，而物理上的大氣壓強(qiáng)又是如此的巨大和神奇，兩者形成很大的反差，人們?cè)谡J(rèn)識(shí)上會(huì)有距離，忽略了這個(gè)距離，學(xué)生的學(xué)習(xí)就可能存在教師意識(shí)不到的障礙。

如圖1，用果凍代替蛋，果凍的柔軟性較好，可解決以上提及的三個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。實(shí)驗(yàn)時(shí)錐形瓶水平放置，果凍與瓶的摩擦力可忽略，此時(shí)改變果凍運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的力只需考慮水平方向上的力。

首先，把果凍放在瓶口，讓學(xué)生畫出此時(shí)果凍在水平方向上的受力情況(圖2)，此時(shí)果凍內(nèi)外大氣壓相等，故F1=F2且合力為零，果凍靜止不動(dòng)。接著讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師把適量的熱開水倒入錐形瓶并搖晃，迅速倒掉。把果凍輕放在瓶口，錐形瓶水平放置，會(huì)發(fā)現(xiàn)果凍被緩慢“吸”入瓶內(nèi)。

此時(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情被點(diǎn)燃，教師提出為什么果凍會(huì)被“吸”入瓶內(nèi)?引導(dǎo)學(xué)生從果凍的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，聯(lián)系前面所學(xué)的知識(shí)“力能改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”進(jìn)行分析，要改變果凍的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，就必須改變其受力情況，使果凍受到的合力不為零且F1 F2。再問學(xué)生如何使F1 F2?引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)過程中，瓶外氣體的物理量基本不變，所以F2可認(rèn)為不變。

此時(shí)學(xué)生恍然大悟：這是由于熱脹冷縮的原理，排出瓶內(nèi)的部分氣體，使果凍所受內(nèi)外的大氣壓力不相等。明白只要減少瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，使果凍受到一個(gè)向內(nèi)的壓力差，就能使果凍被“吸”入瓶內(nèi)。此時(shí)，教師抓住時(shí)機(jī)提出剛才是用排氣法減少瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)，還有其他方法嗎?如何驗(yàn)證?有學(xué)生提出用抽走氣體的方法，于是教師用注射器穿過果凍抽走瓶內(nèi)的部分氣體，也能使果凍“吸”入瓶內(nèi)，驗(yàn)證學(xué)生提出的方法是可行的。

接著，利用以下問題檢測(cè)學(xué)生掌握情況，怎樣使果凍向外“吐”?引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用之前所學(xué)的方法，通過受力分析想辦法改變果凍的受力情況，利用注射器穿過果凍向瓶內(nèi)注入氣體，增大瓶內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，使F1 F2，果凍向外“吐”出瓶口。

以上演示實(shí)驗(yàn)大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過對(duì)物體受力分析為主線，讓學(xué)生體會(huì)到物理簡單的美，讓學(xué)生養(yǎng)成解決力學(xué)問題良好的思維習(xí)慣。既加深學(xué)生對(duì)大氣壓的理解，又可復(fù)習(xí)鞏固受力分析及二力平衡的知識(shí)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和知識(shí)遷移能力很有幫助，讓學(xué)生感受觀察實(shí)驗(yàn)，利用已學(xué)到的知識(shí)，分析實(shí)驗(yàn)，歸納出新規(guī)律的科學(xué)方法。

通過以上學(xué)習(xí)，以實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、受力分析、適時(shí)設(shè)問、檢測(cè)反饋等為“臺(tái)階”，一步一步帶領(lǐng)學(xué)生向前走。此時(shí)，學(xué)生已感受到大氣壓存在的事實(shí)，接下來筆者引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)物體進(jìn)行受力分析，設(shè)計(jì)測(cè)量大氣壓數(shù)值的實(shí)驗(yàn)方案，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。

首先，讓學(xué)生作一個(gè)放在水平面上的物體所受大氣壓力受力示意圖(圖3)，引導(dǎo)學(xué)生分析剛才果凍的“吞”和“吐”其實(shí)是改變了水平方向上的F4，使果凍在水平方向上出現(xiàn)壓力差，但測(cè)量這個(gè)壓力差是很困難的，假若使物體不受F4的作用，測(cè)出F3及物體的受力面積便可以求出大氣壓強(qiáng)。

接著，提供器材讓學(xué)生選擇并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，可以用注射器代替錐形瓶，活塞代替果凍，排盡注射器內(nèi)的氣體就可以讓F4消失，從二力平衡角度考慮，用彈簧測(cè)力計(jì)產(chǎn)生一個(gè)與F3大小相同，方向相反的力就可以測(cè)量F3，從而得出實(shí)驗(yàn)方案1(圖4)。

按照這個(gè)思路，自然會(huì)有學(xué)生提出在豎直方向上讓F1消失，測(cè)出F2及物體的受力面積也可以求出大氣壓強(qiáng)。這就是課本利用吸盤測(cè)量大氣壓的方法，從而得出實(shí)驗(yàn)方案2(圖5)。

也有學(xué)生提出在豎直方向上讓F2消失，測(cè)出F1及物體的受力面積也可以求出大氣壓強(qiáng).這就是課本的托里拆利實(shí)驗(yàn)，從而得出實(shí)驗(yàn)方案3(圖6)。

應(yīng)用方案1(圖4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定大氣壓值，原理簡單，操作方便。然而這種方法只能粗略地測(cè)出大氣壓強(qiáng)，結(jié)果并不精確，誤差相當(dāng)大(計(jì)算結(jié)果只有0.4～0.6×105Pa)。引導(dǎo)學(xué)生查找造成較大誤差的原因，由于注射器的前端有一個(gè)細(xì)長孔道，即使把活塞推到注射器的底部，其內(nèi)部仍有殘余氣體，此時(shí)活塞會(huì)受到注射器外筒的摩擦力及注射器內(nèi)殘余氣體對(duì)活塞的壓力。

彈簧測(cè)力計(jì)調(diào)零時(shí)是在豎直方向上操作的，但圖4卻是在水平方向使用。所以，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向剛好拉動(dòng)活塞時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)作為大氣對(duì)活塞的壓力，其誤差是很大的。醫(yī)用注射器的容積有1mL，2mL，10mL，20mL等，表1是2mL規(guī)格的注射器與大氣壓力的相關(guān)數(shù)據(jù)。

因?yàn)槌踔袑?shí)驗(yàn)室使用的彈簧測(cè)力計(jì)的量程較小，一般為0～5N，所以測(cè)量注射器受到的大氣壓力就產(chǎn)生了困難。通過以上分析，進(jìn)行分組討論，得出以下改進(jìn)方法。

(1)在注射器的活塞上涂凡士林，減少摩擦力并加強(qiáng)氣密性。

用彈簧測(cè)力計(jì)拉著活塞在注射器(未堵小孔)中做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的示數(shù)即為活塞受到的滑動(dòng)摩擦力f。用橡皮塞堵住小孔重做一次，此時(shí)示數(shù)為F大氣，用P=F/S計(jì)算大氣壓強(qiáng)的數(shù)值

F=F大氣-f

(2)注射器先吸入少量水，排出空氣時(shí)針口向上，把活塞緩慢推到底，此時(shí)針口處會(huì)保留部分水，減少針口孔道空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。

(3)如圖7所示裝置，利用鉤碼的重力通過定滑輪水平拉動(dòng)活塞，由于拉動(dòng)活塞的力的大小不一定?是鉤碼重力的整數(shù)倍，所以增加鉤碼后，再用彈簧測(cè)力計(jì)豎直向下拉鉤碼，活塞被勻速拉出一段距離時(shí)，記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F，F(xiàn)大氣=G鉤碼+F，這樣就能解決彈簧測(cè)力計(jì)量程不足的問題。

隨即，有學(xué)生認(rèn)為這樣設(shè)計(jì)比較繁雜，彈簧測(cè)力計(jì)倒置使用會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，提出用砂桶代替彈簧測(cè)力計(jì)和鉤碼，獲得其余學(xué)生認(rèn)可。在粗略測(cè)出大氣壓值的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生進(jìn)一步進(jìn)行探究活動(dòng)，讓學(xué)生嘗試精確地測(cè)量大氣壓數(shù)值(改進(jìn)后計(jì)算結(jié)果為0.8～0.95×105 Pa)。

應(yīng)用方案2(圖5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)存在彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)難以掌握、實(shí)驗(yàn)誤差較大等不足，影響實(shí)驗(yàn)效果。引導(dǎo)學(xué)生思考改進(jìn)方法(圖8)，用裝細(xì)砂的小桶代替彈簧測(cè)力計(jì)，將蘸水的塑料吸盤擠壓在光滑的水平板下，把裝適量細(xì)砂的小桶輕輕掛在吸盤下面的塑料掛鉤上，用小勺輕輕向桶內(nèi)加細(xì)砂，直到塑料吸盤剛好脫落，測(cè)出此時(shí)塑料吸盤、小桶和砂的總重力G，吸盤在玻璃上的面積S，就可算出此時(shí)的大氣壓的數(shù)值

P=G/S

(改進(jìn)后測(cè)量結(jié)果為0.85～0.95×105 Pa)。

應(yīng)用方案3(圖6)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，先作如下引導(dǎo)：科學(xué)家就是用水銀測(cè)量大氣壓的值，由于水銀有毒，該實(shí)驗(yàn)不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，若要做此實(shí)驗(yàn)可用水代替水銀。引導(dǎo)學(xué)生回顧第十四章“液體壓強(qiáng)”所學(xué)到的知識(shí)，相同的液體壓強(qiáng)，液體的密度減少，液柱的深度就會(huì)增加，由于水的密度為水銀密度的1/13.6。

而托里拆利實(shí)驗(yàn)中科學(xué)家使用約1m長的玻璃管，故改用水后實(shí)驗(yàn)所需的塑料管長度達(dá)十幾米，該實(shí)驗(yàn)只能在室外進(jìn)行。在物理興趣小組的探究活動(dòng)實(shí)施之前，教師只是在學(xué)生遇到技術(shù)性的問題時(shí)做了必要的指導(dǎo)。當(dāng)幾個(gè)學(xué)生配合著讓灌滿水的十幾米長透明塑料管從教學(xué)樓四樓走廊垂下……最終管內(nèi)剩余大約10m高的水柱不再向下流動(dòng)時(shí)，學(xué)生歡呼了。