不同版本教材中"估测大气压"实验的处理与分析
我们的生活与大气息息相关，通过著名的马德堡半球实验很容易了解到大气压是存在的且很大.然而，大气压到底有多大，对学生来说却是一个既抽象又陌生的概念.为了适应新课程的理念，现行的各版本教材编者巧妙地设计了实验方案，让学生利用身边常见的器材估测大气压的数值，在实验中体验探索科学的乐趣.但各版本教材对该实验方案的设计思路又不尽相同，笔者对其进行了综合的比较与分析，希望教师们在教学中能够灵活处理，运用最优化的实验方案开展教学. “人教版”教材的实验方案如图1所示，将蘸水的塑料挂钩的吸盘放在光滑水平板上，挤出里面的空气.用弹簧测力计钩着吸盘缓慢往上拉，直至吸盘脱离板面.记录刚刚拉脱时弹簧测力计的读数，即为大气对吸盘的压力.再设法量出吸盘与桌面的接触面积，算出大气压的大小.该实验的优点是：第一、塑料吸盘下表面蘸水后可以与水平面间紧密结合，防止漏气现象发生；第二、采用挤压的方式排出吸盘内的空气，操作简易可行，能够达到实验的要求――“真空”状态；第三、塑料吸盘与水平面的接触面积也容易测量.该实验方案的缺点是：第一、当塑料吸盘刚从水平面上拉脱时，记录弹簧测力计的瞬时示数，读数的时机很难把握；第二、此实验需要与人合作完成，教师课堂上演示无法单独操作；第三、塑料吸盘自身的重力也会对实验结果产生影响. “粤教版沪科版”教材的实验方案如图2所示，先把注射器的活塞推至顶端，把管内空气排出，用橡皮帽把它的小孔堵住.然后在活塞下端悬挂钩码，并逐渐增加钩码数量，直到活塞将开始被拉动时为止.该实验方案的优点是：第一、当活塞刚刚被所挂钩码拉动时，很容易通过钩码算出它对活塞拉力的大小F(即大气对活塞的压力)；第二、实验操作简单，可独立操作，适合教师教学演示使用.该实验方案的缺点是：第一、将注射器的活塞推至底端并不能将针筒中空气完全排净，针筒的尖端内还残留少许空气；第二、注射器的针筒与活塞之间的摩擦力对实验结果影响很大;第三、注射器的活塞刚刚开始滑动时，活塞所受的拉力未必恰好等于钩码重力的整数倍. “苏科版”教材的实验方案如图3所示，先将注射器的活塞推至针筒的底端，排净筒内的空气，并用橡皮帽封住注射器的小孔.再用细尼龙绳拴住注射器的活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢地拉动注射器筒.当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下弹簧测力计的示数(即大气对活塞的压力)F.然后，用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度L，读出注射器针筒上最大容积为V，计算出活塞的横截面积S(即S=V/L).然后，再通过P=F/S计算此时大气压值.该实验方案的优点是：第一、将弹簧测力计水平放置测力，避免了注射器自身重力对实验结果的影响；第二、当活塞刚刚被所挂钩码拉动时，很容易记录弹簧测力计对活塞即时拉力的大小F.该实验方案的缺点是：第一、将注射器的活塞推至底端并不能将针筒中空气完全排净，针筒的尖端内还残留少许空气；第二、注射器的针筒与活塞之间的摩擦力对实验结果影响很大. 对各版本教材提供的实验方案进行综合比较和分析后，我们不难得出如下结论：估测大气压实验的最优化实验方案，不仅要排净所用器材中的空气达到实验所要求的理想状态，而且要减小实验器材自身因素对实验结果的影响，如器材自身的重力、针筒与活塞之间的摩擦等因素，实验数据也要便于直接准确观察，如吸盘刚脱离水平面或针筒中活塞刚开始滑动时弹簧测力计的读数. 为了达到最优化实验方案的要求，笔者认为苏科版教材设计方案比较合理.在此基础上，对该实验进行了如下改进：第一、为了将针筒中空气排净，笔者先将针筒内吸一部分水，再将注射器尖端朝上将水排出，当活塞推至针筒底端时，针筒尖端部分会存留一小段水柱，再套上橡皮帽密封，此时针筒中将没有空气残留，近似看成真空；第二、弹簧测力计水平放置，克服了弹簧测力计自身重力对实验结果的影响；第三、考虑到注射器针筒与活塞之间摩擦力对实验结果影响很大，笔者从两个方面进行改进：(1)器材自身方面.将针筒的内壁上涂一层润滑油，既能够增大气密性，又可以减小活塞与针筒之间的摩擦；(2)数据处理方面.笔者在测出活塞刚刚被拉动时拉力后，又补充了一个实验步骤，即测出针筒内活塞刚要恢复向注射器尖端滑动时弹簧测力计的示数为F′，将弹簧测力计对活塞的拉力取为(F+ F′)/2，此时的拉力在数值上更加接近于大气对活塞的压力.鉴于笔者在实验中充分考虑到以上几个方面的影响，且做了适当的改进和处理措施，使实验的结果非常接近于实际大气压的值，在实际教学中更具有说服力，达到了不错的教学效果.