張斌 龐禮軍 胡金畢

摘要：在中學(xué)物理驗(yàn)證大氣壓的存在實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用“擴(kuò)散思維”的方式驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。對(duì)于大氣壓強(qiáng)的教學(xué)，在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是比較抽象的。如果老師在教學(xué)中照本宣科，學(xué)生就會(huì)無法理解，為了讓學(xué)生能夠?qū)Υ髿鈮捍嬖诘闹R(shí)點(diǎn)理解透徹，發(fā)散學(xué)生的思維，達(dá)到學(xué)以致用的目的，采用“擴(kuò)散思維”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞：大氣壓強(qiáng)；多角度驗(yàn)證；物理；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)對(duì)于現(xiàn)代物理教育方式的改革，為了讓學(xué)生的主體地位能夠在課堂教學(xué)中充分體現(xiàn)出來，并且發(fā)展學(xué)生的智力與非智力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提升學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力，這必然要有較好的教學(xué)方式。在物理教學(xué)中，實(shí)施創(chuàng)新教學(xué)的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)課堂的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的創(chuàng)新關(guān)鍵在于構(gòu)建創(chuàng)新的課堂教學(xué)模式[1]。一般來說，在課堂教學(xué)中老師主要講授本節(jié)主要的知識(shí)點(diǎn)，很少用側(cè)面剖析的方式進(jìn)行教學(xué)，這樣導(dǎo)致學(xué)生只能學(xué)到一種方法，即最基礎(chǔ)最普通的一種方法，而學(xué)生對(duì)這種方法只停留在解題考試拿高分等層面，所學(xué)到的方法僅限于應(yīng)試方面，忽略了物理在生活中的應(yīng)用。在實(shí)際生活中，就是要將所學(xué)到的方法結(jié)合實(shí)際，實(shí)現(xiàn)由生活走向物理、由物理走向生活的目的，而恰恰許多物理授課老師和學(xué)生在教學(xué)過程中，忽略了這一點(diǎn)，從而導(dǎo)致知識(shí)與生活相脫離。僅物理學(xué)科而言，最終目標(biāo)是從生活走向物理，從物理回歸生活，對(duì)此，我們將以多角度思考問題的方式延拓大氣壓存在實(shí)驗(yàn)的教學(xué)。

1大氣壓強(qiáng)存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限性

在我國(guó)，中學(xué)物理教學(xué)中經(jīng)常演示古老的馬德保半球?qū)嶒?yàn)，如果能親自演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)钱?dāng)然是很好，但是在實(shí)際教學(xué)中并沒有真正的演示該實(shí)驗(yàn)，而是以教科書上的圖片為教學(xué)“演示”器材，也就是說只是在紙上談兵而已，對(duì)于老師來說該實(shí)驗(yàn)很好理解，但對(duì)于學(xué)生來說理解就不是那么容易了，更別說透徹理解。因?yàn)榇髿鈮菏强床灰娨裁恢某橄蟮奈锢砀拍睿绻麤]有進(jìn)行真正的的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生是感覺不到馬德保半球?qū)嶒?yàn)的威力的，這樣以來就不會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象，學(xué)生只能是牽強(qiáng)的理解。另外，對(duì)于該實(shí)驗(yàn)老師又無法進(jìn)行復(fù)古式的演示，因?yàn)槟悴豢赡苋フ夷敲炊嗟鸟R匹和較為寬廣的場(chǎng)地，進(jìn)而導(dǎo)致該實(shí)驗(yàn)必須以故事的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。

中學(xué)物理教學(xué)中，另一個(gè)實(shí)驗(yàn)是托里拆利實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也是非常重要的，該實(shí)驗(yàn)不但能證明大氣壓的存在，而且還可以測(cè)出大氣壓的數(shù)值。然而，該實(shí)驗(yàn)中要用到水銀，水銀是

有毒物質(zhì)，做實(shí)驗(yàn)還要考慮到安全問題，所以托里拆利實(shí)驗(yàn)就不能讓學(xué)生親身體驗(yàn)，而只是以照本宣科的方式呈現(xiàn)給學(xué)生看。和上述馬德保半球?qū)嶒?yàn)一樣，不能讓學(xué)生親身感受，沒有給學(xué)生留下深刻的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證印象。這樣導(dǎo)致學(xué)生對(duì)所學(xué)相關(guān)知識(shí)記憶不深，理解不透，也不能實(shí)現(xiàn)從生活走向物理、從物理回歸生活的教學(xué)目標(biāo)。

總的來說，大氣壓強(qiáng)的驗(yàn)證在教學(xué)過程中是一個(gè)很難的教學(xué)點(diǎn)，因?yàn)榇髿鈮捍嬖诘慕虒W(xué)是一個(gè)比較抽象的過程，學(xué)生對(duì)此的理解和掌握往往不是很好。物理學(xué)本身具有探究性，學(xué)生通過學(xué)習(xí)，應(yīng)該能提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)而達(dá)到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個(gè)目的，而在這個(gè)過程中，學(xué)生的推理能力起著重要作用[2]。

2大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因

我們知道大氣壓分為三層，分別是0—11km的對(duì)流層，11—20km的同溫層，20km以上的電離層。在重力場(chǎng)中，氣體分子受到兩種作用，分別是“無規(guī)則的分子熱運(yùn)動(dòng)”和“重力”作用，分子的熱運(yùn)動(dòng)使得分子平均分布，而重力作用使得分子向地面運(yùn)動(dòng)。大氣壓強(qiáng)隨高度而改變，公式如下：

公式中T為恒溫，P0為地球表面的壓強(qiáng)，h為高度，μ為氣體摩爾質(zhì)量，R是普適氣體常量。所以，大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)是由于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致氣體分子對(duì)物體表面撞擊而產(chǎn)生的[3]。

3多角度驗(yàn)證大氣壓存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)法

對(duì)于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，盡管大氣壓強(qiáng)這節(jié)內(nèi)容非常抽象，但通過我們采用比較好的教學(xué)模式，運(yùn)用“擴(kuò)散思維”教學(xué)，本教學(xué)教會(huì)學(xué)生從不同角度解決問題，進(jìn)而使學(xué)生更好的理解該抽象概念。在中學(xué)大氣壓這節(jié)的教學(xué)中，利用生活中的一些廢棄物品，自制教具，對(duì)大氣壓存在的驗(yàn)證主要通過以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.1 水杯實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備好一個(gè)水杯、一塊比杯口稍大的正方形玻璃片、砝碼若干、鉤釘一個(gè)、水槽、水、膠水，接下來把鉤釘用膠水固定在玻璃片中央位置上，用水杯從水槽中盛一杯水，必須裝滿，之后把玻璃片沿著杯口輕輕的水平推移直至把杯口完全封閉為止，最好是杯口落在整個(gè)玻璃片中央，最后用手壓著玻璃片將水杯慢慢倒立，玻璃片不會(huì)掉下來，然后輕輕在鉤釘上加砝碼，加到合適為至。此過程中對(duì)玻璃片進(jìn)行受力分析，受豎直向下的重力G，水的壓力F壓，大氣給它的托力F氣，如圖1所示。

設(shè)實(shí)驗(yàn)中杯的半徑為r，高為h，玻璃片的質(zhì)量為m，則可得

式中P為大氣壓強(qiáng)，S為杯口面積，而P由公式（1）可得。

在公式（1）中P是理想化的，必須對(duì)它進(jìn)行修正，一般都會(huì)通過多方過程的方法對(duì)它進(jìn)行修正，最后得[4]

把（3）帶入（2）得出

水杯一般是圓柱臺(tái)型，也有成圓柱型的，如果是圓柱型的那就很好計(jì)算它的體積，而圓柱臺(tái)型的則不易。其體積可按下列公式算出

式中S(x)為面積，取微元可得

式中y(x)是杯型側(cè)面圖中看到的曲線，這里把杯子的體型看作是曲線y(x)繞x軸旋轉(zhuǎn)而成的，則

從而得出壓力F壓

在整個(gè)過程中，受到的合力為

由公式（9）可以計(jì)算出能加在鉤釘上的最大砝碼重量。

3.2 氣球水杯實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)備一個(gè)氣球、橡皮筋，相對(duì)較深的水杯、易燃小紙片、打火機(jī)，把小紙片用打火機(jī)將其點(diǎn)燃并迅速投到深桶水杯中，很快的將氣球膜用膠皮筋固定在水杯口上，過一會(huì)兒發(fā)現(xiàn)平整的氣球膜凹向杯里，從而證明了大氣壓的存在。

3.3 多媒體Flash實(shí)驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用Flash軟件模擬實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)中震撼的場(chǎng)景，比如用Flash做馬德保半球?qū)嶒?yàn)、托里拆力實(shí)驗(yàn)等等，以形象的形式展現(xiàn)出物理情景，方便學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)和加深對(duì)知識(shí)的理解及記憶。

4總結(jié)

驗(yàn)證大氣壓存在的實(shí)驗(yàn)，通過利用不同方法，詮釋同一個(gè)物理知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生多維思考問題，教會(huì)學(xué)生遇到問題不一定按部就班的去做，而是懂得選擇不同的解決問題的方法，引導(dǎo)學(xué)生從多角度出發(fā)解決問題，學(xué)知識(shí)解題如同解決日常生活中的問題一樣，要讓學(xué)生達(dá)到“從物理走向生活，從生活走向物理”的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李宏.創(chuàng)新教育與物理課堂教學(xué)模式改革[J].中國(guó)校外教育，2013，（5）：103.

[2]羅運(yùn)文.中學(xué)生在探究“大氣壓強(qiáng)”過程成中的推理[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育.科學(xué)探究，2005，（1）：41.

[3]楊守波,胡長(zhǎng)杰.大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007，（3）：137-138.

[4]梁業(yè)廣.大氣壓強(qiáng)的精密計(jì)算[J].廣西物理，2000，21（2）：7-8.