1、淮安曙光雙語學校中學部選修課教案學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課 題“虛管懸液”實驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記唐代王冰注解黃帝內經素問時指出：“虛管溉滿，捻上懸之，水固不泄，為無升氣而不能降也。”意思是：用手指捏住空管的一端，將管中灌滿水后倒過來，水不會從管中流出。因為外面的空氣不能進入管中，所以管里的水不會流出來。這就是“虛管懸液”實驗，它證明了大氣壓強的存在。當管中充滿水后，空氣不能進入管中。將管倒過來，管內壓強為水壓，其值通常小于管外的大氣壓強，故水“懸”在管中。這個實驗是從“瓶子倒水”實驗演繹過來的。早在南北朝成書的關尹子一書就已指出：“瓶有二竅，水實之則倒

2、瀉，開一則水不下，蓋不升則水不降。”意思是：在密封的瓶上開兩個小孔，瓶中灌滿水，水就會從瓶中倒出。若只在瓶中開一個小孔，水是倒不出來的。因為此時空氣不能在瓶中對流。很顯然，上下兩端開口的瓶子，下口上面壓強為一個大氣壓加水壓，下面壓強是一個大氣壓，這種情況下水會從下口流光。但將瓶的上口封住時，水向下滴落一點點后，瓶內氣體體積增大，壓強減小，當瓶內氣壓減小量與瓶中水柱產生的壓強相等時(有時只要水的下表面向外凸出一點點就行)，水就不會流出來了。該實驗，常有教師在講到大氣壓作功時，用“試管履行”來演示。淮安曙光雙語學校中學部選修課教案紙學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課課 題“瓶子喝水”實

3、驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記宋代俞琰(12581314)所寫的席上腐談一書：“劇燒片紙納空瓶，急覆于銀盆水中，水皆涌入瓶，而銀瓶鏗然有聲，蓋火氣使之然也。又依法放入壯夫腹上，挈之不墜。”這段話的意思是：將劇烈燃燒著的紙片放入空瓶里，迅速把瓶倒扣在裝有水的銀盆中，水就會涌進瓶里，并且鏗然有聲。因為紙片的燃燒使瓶中空氣減少，待瓶內空氣冷卻后壓強降低的緣故。按這種辦法把瓶扣在人腹上，瓶子會吸住腹肌而不墜落。很明顯，紙在瓶中燃燒，瓶內空氣膨脹，空氣從瓶中“跑”掉一部分。把瓶扣在水中，氧氣燃盡，火焰也就熄滅，此時瓶內溫度降低，壓強減小，瓶外空氣壓迫盆里的水涌入瓶中。記載中盡管沒有說明這是大

4、氣壓作用的緣故，但能指出“蓋火氣使之然”，這在當時已是了不起的事情。古代記載大氣作功的實驗有許多，還在先秦時期，我國就用“角法”(今“撥罐療法”)治病了，可見“瓶子喝水”實驗并不“年青”。當今人們選擇泡菜壇子，先在壇外溝槽中倒水，然后把燃燒的紙片丟進壇中，蓋上壇蓋，看溝槽中水是否被吸入蓋內或壇腹，以此判別壇子是否漏氣。其檢測原理就是“瓶子喝水”的實驗原理。淮安曙光雙語學校中學部選修課教案紙學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課課 題“紙人共振”實驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記北宋科學家沈括(10311095)在夢溪筆談中指出：“欲知其應者，先調諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓

5、其應弦，則紙人躍，他弦即不動。”4沈括的意思是：要想知道某一根弦的應弦， 可以先把各條弦的音(依五音聲階)調準，然后剪紙人放在這根弦上。這樣一彈它的應弦，紙人就會跳動，彈其他弦，紙人則不動。這就是著名的“紙人共振”實驗。所謂共振，是指一個物體振動的時候，另一個物體也隨著振動的現象。發生共振的兩個物體，它們的固有頻率一定相同或成簡單的整數比。如彈動“哆”弦，別的“哆”弦也動，彈動“咪”弦，別的“咪”弦也動。其實，早在沈括以前，就已經有人做過“瑟弦相應”實驗，戰國時莊子(前365前286)在他的著作中就提到一個叫魯遽的人：“為之調瑟，廢(置)于一堂，廢于一室，鼓宮宮動，鼓角角動，音律同矣。”5只不

6、過“紙人共振”實驗更為直觀和有趣罷了。淮安曙光雙語學校中學部選修課教案紙學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課課 題“銅甕雷鳴”實驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記西漢劉安(前179前122)在淮南萬畢術中云：“銅甕雷鳴。”其注曰：“取沸湯置甕中，堅塞之，內于井中，則作雷鳴，聞數十里。”6意思是：把開水倒進銅甕里(但勿倒滿)，將銅甕密封后丟入井中，聲似雷鳴，數十里也能聽到。銅甕怎能“雷鳴”？原因可能有兩種：第一，銅甕在下沉過程中，甕內水面之上蒸氣遇冷降溫凝結，壓強減低，水的沸點隨之降低，水再次沸騰作響；第二，若甕壁極薄，當甕內壓強降低時，受大氣壓加水壓的作用，銅甕向內破裂，造成

7、爆炸，聲似雷鳴。上述兩種現象，都是通過空氣冷凝的方法達到做功的目的。現中學用鐵皮盒替代銅甕演示上述第二種現象，實驗時因條件限制不在水中而在空氣中進行。若演示上述第一種現象，則是將燒瓶內水燒開后稍冷卻，再在瓶外澆冷水降溫減壓來實現。淮安曙光雙語學校中學部選修課教案紙學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課課 題“循煙燃燭”實驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記姜岌在續古文苑一書中介紹了一個有趣的實驗：“今燃一燭在上，一燭在下，滅下燭使煙相當，則上燭之炎，循煙而下，燃下燭矣。此類相從也。”意思是：現在讓我們點燃兩支蠟燭，一支放在上面，一支放在下面，將下燭的火焰吹滅，使它產生的煙霧(即蠟

8、燭燃燒時產生的蠟蒸氣)正好對著上燭的火焰。此時，上燭的火焰會沿下燭煙霧傳遞過來把下燭點燃。這是因為固態的蠟燭和氣態的蠟蒸氣都屬于同一種物質。在中學物理實驗活動課中，常演示“空中飛火”、“火外生枝”兩個實驗，它們是從“循煙燃燭”中派生出來的。淮安曙光雙語學校中學部選修課教案紙學 科趣味物理年級八年級設計人黃成加課型選修課課 題“首澤浮針”實驗總課時1第 1 課時教 師 活 動教后記淮南萬畢術云：“首澤浮針。”其注云：“取頭中垢，以涂塞其孔，置水即浮。”張岱(15971667以后)在夜航船中指出：“取頭垢涂針，及塞針孔，水上自浮。上述兩種解釋，前一種僅指出用頭垢涂塞針孔，后一種則還指出應將頭垢涂針。其實，將頭垢涂針才是最重要的。通常，將密度大于水的物體放在水中，它會沉入水底，因為此時物體所受重力大于水對它的浮力。但由于液體具有表面張力，如果把像繡花針那樣小的物體小心地投放水面，針也能由于水的浮力以及表