大氣壓強的創(chuàng)新實驗設計分析

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摘要：

分析了大學生宿舍空間以及微收納家具的概念和發(fā)展現(xiàn)狀，探討了大學生宿舍和微收納家具之間的關系，研究了大學生宿舍微收納家具的設計功能要求、表現(xiàn)形式及理念。指出，微收納家具營造宿舍空間帶來的空間的靈活性，解決了大學生宿舍中空間不足的問題，為大學生提供更大的生活空間。

關鍵詞：大學生宿舍；空間；微收納家具；設計研究驗證

大氣壓的存在是“大氣的壓強”一節(jié)教學的重要內(nèi)容，這對幫助學生認識大氣壓的相關知識有不可缺或的作用．雖然大氣壓與我們的生活密切相關，但由于空氣不像固體和液體那樣可以直接視覺或有直接的觸覺感受，大氣壓的存在又不為我們所覺察，這對于剛接觸物理的學生來說，認識大氣壓有一定的難度或疑惑，必須有足夠?qū)嶒灪褪吕齺硌菔菊f明．因此在“大氣的壓強”的教學中，通過演示實驗和自主性學習體驗到大氣壓強的存在是這節(jié)課的重點，也是引導學生體會到大氣壓強存在的關鍵．而教材中的演示實驗是有限的，能夠演示大氣壓強的實驗也不少，但是有些演示實驗不是實驗過程復雜、效果差，就是成本高，或者費時等等，如馬德堡半球模擬演示實驗，將兩個半球?qū)υ谝黄穑缓笥贸闅鈾C將中間的空氣抽出，這就需要較長的時間;由于儀器老化，半球的密封性變差，使得球內(nèi)的空氣也不易抽盡，導致學生在拉球時不用費很大的力就把半球拉開，不能反映大氣壓有很大壓力的物理事實．因此，需要物理教師挖掘?qū)嶒炠Y源，引導學生到生活中去找原型，用創(chuàng)新的教學手段，展示生動、有趣、明了、簡潔的氣壓應用實例，以加強學生運用所學知識解決實際問題的能力，培養(yǎng)他們的觀察能力、動手能力及創(chuàng)新思維．下面介紹幾例大氣壓強的創(chuàng)新實驗．

1敞口氣球

你看到過氣球吹大后，敞著口不變小的情景嗎?許多學生不相信是真的，當看到真實情景時，又百思不得其解．實驗器材大的飲料瓶(如5升雪碧瓶)、氣球等．首先對飲料瓶作一個簡單的處理(其處理方法不說同行們一定能從下面的介紹中明白)，然后在氣球未吹之前，把氣球的頂部向飲料瓶的瓶口灌進去，使氣球的大部分進入飲料瓶，再把氣球的口反套到飲料瓶的瓶口上．用手握住飲料瓶，現(xiàn)在用嘴對著飲料瓶的瓶口吹氣，等氣球吹大后，停止吹氣．一個氣球敞著口不變小的氣球就出現(xiàn)在你的面前．學生看了非常好奇，氣球吹起來后，必須把氣球的口扎緊，氣球才能在較長一段時間內(nèi)不明顯變小．現(xiàn)在氣球敞著口為什么不變小呢?原來這里巧妙的借助飲料瓶和大氣壓共同發(fā)揮作用，才出現(xiàn)奇特的現(xiàn)象．而學生看到這個演示現(xiàn)象既疑惑又興奮，這是一個既有知識性，又有趣味性、娛樂性的演示實驗，容易形成學生的激情和師生互動，由此產(chǎn)生的課堂教學效果，不言而喻．更令學生疑惑的是，學生并沒有發(fā)現(xiàn)老師有其他的操作動作，但是，當老師說氣球變小，氣球真的逐漸變小;當老師說氣球停止變小，氣球果然停止變小，敞著口保持一定形狀鼓著．氣球能夠膨脹，必須克服橡膠皮的束縛力．因此，吹氣就比較吃力．同樣，吹大的氣球，敞著口不變小，也必須克服橡膠皮的束縛力．靠什么來克服橡膠皮的束縛力，從實驗中發(fā)現(xiàn)，只有靠負壓來實現(xiàn)．怎樣產(chǎn)生這么大的負壓呢?你應該發(fā)現(xiàn)其中的奧秘了吧．不要把這個實驗的奧秘直接告訴學生，而是引導他們探究，這有利于調(diào)動學生的積極性和創(chuàng)新思維．這個演示實驗對講授高一理想氣體變化規(guī)律知識點也有一定輔助說明作用．吹大的氣球敞著口不變小，其實質(zhì)是一個平衡問題．密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體遵守玻意爾•馬略特定律:在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強和體積成反比關系．用玻意爾•馬略特定律就能輕松的解釋，敞著口的氣球為何不變?。驗闅馇螂m然敞著口鼓著，但是氣球內(nèi)腔的氣體是恒定的一個大氣壓保持不變，假設氣球縮小，那么根據(jù)玻意爾•馬略特定律，密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體體積就要變大，而溫度幾乎是不變的，則氣球外圍的氣壓就會變小，因此氣球內(nèi)、外的氣壓差就會阻止氣球變小，所以在這種情形敞著口的氣球不會變小，除非使氣球與飲料瓶之間的氣體與外界連通．這樣把初中物理向高中物理適當延伸，有利于滿足不同層次學生的發(fā)展需求．

2飛球吸壁

許多玩具是根據(jù)物理原理設計生產(chǎn)的，能呈現(xiàn)物理現(xiàn)象和顯現(xiàn)物理規(guī)律，其巧妙的設計使外觀很精美、色彩很鮮艷，呈現(xiàn)的現(xiàn)象非常神奇，對學生很有吸引力，把玩具功能擴展為教學功能，使學生在好奇中學習物理知識．例如，用吸壁球演示大氣壓的作用．實驗器材吸壁球(玩具市場可以買到)．吸壁球的彩色很有吸引力，因為這種球的表面非常特殊，由多種不同顏色的塑料小吸盤組成，塑料小吸盤的彈性非常好．實驗方法在講授大氣壓強和摩擦力知識點時，用吸壁球做演示實驗，對學生也很有吸引力．有些學生可能沒有看過這個玩具，先把它向?qū)W生展示一下它的外貌，學生對它比較陌生，更不知道是做什么用的．突然把它向黑板拋去，它穩(wěn)穩(wěn)地吸在黑板上(如圖1所示);再向窗戶的玻璃上拋去，它就穩(wěn)穩(wěn)地吸在玻璃上，向天花板拋去，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，也可以向平面拋去(稍有點撞擊速度即可)，都能吸在豎直的平面上，吸在豎直平面上的時間跟撞擊速度和平面的光滑程度有關．在其他條件相同的情況下，撞擊速度較大，吸在平面上的時間較長．這個演示實驗學生都能積極參與，便于探究、體驗．然后引導學生一起分析實驗現(xiàn)象的原理，學生對大氣壓強知識的消化也就不難了．讓學生在“玩”中學，教師指導得輕松，學生學得也輕松．實驗現(xiàn)象剖析:當用力把吸壁球拋到豎直的平面上時，由于撞擊力的作用，使其中的一個塑料小吸盤內(nèi)的空氣擠出了一部分，塑料小吸盤在恢復形變的彈力作用下，試圖恢復原狀而使空腔欲變大，這樣塑料小吸盤內(nèi)的氣壓就要減小為p1，而它的外部大氣壓p0不變(如圖2所示)，內(nèi)外氣壓差使塑料小吸盤受到垂直于豎直平面的壓力F=(p0－p1)S．設吸壁球與豎直平面的靜摩擦因數(shù)為μ，那么吸壁球與豎直平面之間的最大靜摩擦力為FM=μF=μ(p0－p1)S．剛開始時FM=G(G為吸壁球所受的重力)，由于吸壁球與豎直平面之間總是存在縫隙，外面的空氣會不斷地通過縫隙進入到塑料小吸盤內(nèi)，使小吸盤內(nèi)的氣壓p1不斷變大，隨著p1的增大，最大靜摩擦力FM逐漸減小，最終當FM接近G時，吸壁球掉落下來．

3一張報紙的力量

報紙是一種常見的學習資料，用報紙做實驗器材，對學生來說有特別的新鮮感，筆者用報紙做實驗的接近10個，用報紙演示大氣壓強的實驗就是其中的一例．實驗器材幾根約1m長的同規(guī)格木板條、一張大報紙、小鐵錘先把一根長約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條放在平整的桌面上，將木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊，用小鐵錘猛力敲擊薄木板條，瞬間薄木板條迅猛向上跳起，薄木板條只是有點受損而并沒有敲斷．再取一根同樣規(guī)格的長約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條，放在平整的桌面上，木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊，再取一張完好無損的報紙，把這張報紙覆蓋鋪在平整的桌面及木板條上，用手把報紙抹平，使報紙盡可能貼近桌面．然后舉起你的右手對準露出部分木板條的一端，用力快速劈下(也可以用小鐵錘敲擊，如圖3所示)，只聽“啪”的一聲，木板條露出的部分在桌面邊緣處折斷了，而鋪在桌面上的報紙和木板條紋絲不動．精彩的實驗效果、鮮明的實驗現(xiàn)象對比，不僅給學生留下深刻的印象，而且激起學生強熱的探究欲望:為什么報紙會有這么大的壓力?原來是大氣壓在暗中幫了大忙．因為大氣壓強是每平方厘米1千克(力)，一張報紙上的大氣壓力非常之大．雖然報紙的上下表面都存在大氣壓力，但是在極短的時間內(nèi)要使報紙?zhí)鹕韥?，上表面的大氣壓力就顯現(xiàn)出來了．就好比站在水里的人，他前后都有水的壓力，但是要他在水里快速奔跑能做到嗎?學生對水里有較大的壓力或阻力還是有一定的感性認識的，但對大氣壓強的存在及其數(shù)值較大缺乏認識，這有幾方面的原因:一是空氣的密度相對于水的密度要小得多，因此人們對空氣缺乏視覺和觸覺的感受;二是人們一直生活在空氣之中，體內(nèi)、體外都存在氣壓，隨時隨地都存在氣壓平衡狀態(tài)，所以對大氣壓的感受認識;三是我們看到的周圍物體運動速度都是比較小的，氣體的流動又比較快，因而對因運動而表現(xiàn)大氣壓對物體的作用力就多見了．其實，我們可以用一個簡單的方法就能做出類似“一張報紙的力量”的實驗．把一個較輕、較大又較硬的薄片沿著垂直于薄片平面的方向突然快速移動，你就能明顯感受到大氣壓力的作用了．我們在給學生演示創(chuàng)新實驗的目的，不是完全為了滿足學生的感受刺激，而是要用新奇的實驗現(xiàn)象吸引學生的注意力，激發(fā)學生的學習興趣，進而使學生全神貫注地投入學習環(huán)境中．教師不僅要把演示實驗做得精彩，而且實驗現(xiàn)象的原理分析明了，使學生理解現(xiàn)象的本質(zhì)，捷徑地掌握新知識，并且在技能上、創(chuàng)新思維有所提高．

作者：曹興輝 單位：邳州市占城中學