【矩道物理3D教学软件】大气压强的测量

课程简介：

《大气压强》是初中物理八年级下册的内容，是中考常考重要知识点，涉及到选择、实验、计算等多种题型。由于气体看不见、摸不着，气体压强不像固体压强和液体压强对于学生来说容易接受和理解，在教学中存在诸多难点。本文主要是探讨借助于矩道VR/3D虚拟仿真实验室，通过实验探究的方式进行大气压强的测量。

课程内容

实验一：利用压强的定义式P=F/S来粗略测量大气压的值。

实验器材：

弹簧测力计，2mL注射器，橡皮帽，刻度尺，细线等。

实验原理：

1、压强定义：物理学中，把物体所受的压力与受力面积之比叫做压强，用公式表示为：

2、 二力平衡：当注射器中的活塞刚开始滑动时，活塞所受的大气压力近似等于弹簧测力计的拉力大小。

实验过程：

1、 把注射器活塞推至底端，排尽注射器内空气，用橡皮帽封住注射器的端口。并用细绳拴住活塞的颈部，将其挂在弹簧测力计的挂钩上，弹簧测力计另一端固定在墙面上。

2、 水平向左慢慢拉动注射器针筒，当活塞开始相对于针筒滑动时，停止操作。记录此时弹簧测力计示数F，并用刻度尺测出注射器刻度部分的长度L，用注射器容积V除以长度L，可得到活塞横截面积S=V/L。由P=F/S计算此时大气压强的值。

实验二：利用P=ρgh的原理来测量大气压的值（托里拆利实验）。

实验器材：

一端封闭、长约1米、装满水银的玻璃管，水银槽等。

实验原理：

意大利科学家托里拆利，巧妙地利用大气压能托起物体，通过测量大气压能够托起水银柱的高度，间接地测量出了大气压的值。

管内水银柱上方为真空，管内高出液面的这部分高度，正是由于大气压强的支撑，大气压强的大小决定着它所能支撑的液柱高度，从而利用液柱所产生的压强就可计算出大气压强。

实验过程：

1、在长约1米、一端封闭的玻璃管内装满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中。松开手指，管内水银下降到一定高度后不再下降。用直尺测量出管内水银柱到液面的高度，约为760mm。（由于水银有剧毒，要带上胶皮手套，避免与水银直接接触）

2、左右倾斜水银管，观察水银柱高度的变化。发现水银柱的垂直高度差不变；当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气，而外界大气压不变，始终与760mm水银柱产生的压强相等。

3、保持水银管不脱离液面，上下移动水银管，观察水银柱高度的变化。发现水银柱的垂直高度差不变，说明大气压与玻璃管的长短无关。

4、用不同粗细的玻璃管重做这个实验，观察水银柱高度的变化。发现水银柱的垂直高度差不变，说明大气压与玻璃管的粗细无关。

5、在水银管内混有一小段空气，重做实验，观察水银柱高度的变化。发现水银柱的垂直高度差变小，这是因为管外大气压没变，大气压值等于管内的水银柱和空气柱产生的压强之和，因此水银柱的垂直高度差要减小一些。

6、调节气压环境，在不同的环境下进行实验。发现环境气压升高时，大气压所托起的水银柱高度增大；环境气压降低时，大气压所托起的水银柱高度减小。说明大气压强的大小决定着它所能支撑的水银柱高度。

7、将玻璃管顶端的封口打破，观察水银柱高度的变化。发现水银柱下降到与水银槽中液面同高。这是因为大气从管上方进入管内，在大气压的作用下水银柱下降到管内外液面相平，水银管与水银槽构成了一个连通器。

总结：

实验一的方法利用了日常生活中常见的事物来完成，器材比较容易获取，操作也简单，教师可以通过学生分组实验的形式让学生自己动手完成，让学生感悟科学探究的方法，领悟实验的魅力。而在这个过程中，教师可以利用VR/3D虚拟仿真实验讲解实验原理，带领大家一起回顾实验过程，进行实验总结。

实验二托里拆利实验，由于水银有剧毒，不宜在课堂演示。而借助于VR/3D虚拟仿真实验，能够让学生在毫无危险的情况下体验实验的全过程。不同于播放视频，它的强交互特性能够满足学生自主探究的需求，也满足了教师边做实验边讲解的需要。更重要的是，实验允许自由设置像水银管粗细、倾角、是否混有空气等多种实验条件，极大满足了教学需求。

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