大氣壓強的創新實驗設計分析論文

時間：2021-04-19 19:37:21 論文我要投稿

大氣壓強的創新實驗設計分析論文

　　摘要：

大氣壓強的創新實驗設計分析論文

　　分析了大學生宿舍空間以及微收納家具的概念和發展現狀，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”一節教學的重要內容，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，必須有足夠實驗和事例來演示說明．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，將兩個半球對在一起，然后用抽氣機將中間的空氣抽出，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，需要物理教師挖掘實驗資源，引導學生到生活中去找原型，用創新的教學手段，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，培養他們的觀察能力、動手能力及創新思維．下面介紹幾例大氣壓強的創新實驗．

　　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不明顯變小．現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揮作用，才出現奇特的現象．而學生看到這個演示現象既疑惑又興奮，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，學生并沒有發現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，從實驗中發現，只有靠負壓來實現．怎樣產生這么大的負壓呢?你應該發現其中的奧秘了吧．不要把這個實驗的奧秘直接告訴學生，而是引導他們探究，這有利于調動學生的積極性和創新思維．這個演示實驗對講授高一理想氣體變化規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小．因為氣球雖然敞著口鼓著，但是氣球內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、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展需求．

　　2飛球吸壁

　　許多玩具是根據物理原理設計生產的，能呈現物理現象和顯現物理規律，其巧妙的設計使外觀很精美、色彩很鮮艷，呈現的現象非常神奇，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，先把它向學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，它穩穩地吸在黑板上(如圖1所示);再向窗戶的玻璃上拋去，它就穩穩地吸在玻璃上，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)，內外氣壓差使塑料小∥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，使小吸盤內的氣壓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要使報紙跳起身來，上表面的大氣壓力就顯現出來了．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、體外都存在氣壓，隨時隨地都存在氣壓平衡狀態，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象吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，進而使學生全神貫注地投入學習環境中．教師不僅要把演示實驗做得精彩，而且實驗現象的原理分析明了，使學生理解現象的本質，捷徑地掌握新知識，并且在技能上、創新思維有所提高．

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