半杯水做“覆杯实验”的探索
关于“覆杯实验”问题的探讨

几 次后 , 片依 旧没有 下落 , 纸 只是 每 次都有 部分 水流 出. 当杯 中水 留有 1 i高 左 右 时 , 手 指 完 全 挪 7ml l 将 开, 小洞 与空 气完全 接 触 , 但水 还 是 被 托 住 了 . 者 笔 尝试 将 纸片换 成 薄塑料 片 , 杯 中水较 多 , 若 手指 稍一 松开 , 还未等 堵 上 , 马 上 全部 落 下 . 水 但若 杯 中 留有
润 及不浸润材料作覆盖物 , 未下 落的原因 . 水
关键词: 覆杯实验 小洞 纸片 塑料片 浸 不浸润 润
初 中物 理 教学 中 , 杯 实 验 因取 材 简 便 、 覆 操作
洞 的情况 下 , 片 ( 纸 塑料 片 ) 水 依 然 能 成功 , 中 托 其
简单 、 现象直观 , 常被用作验证大气压存在的演示实
1 杯 底有 一小 洞 的“ 覆杯 实验 ”
若覆 盖物 是塑 料片 , 由于其 硬度相 对较 大 , 易 不 发生 形变 , 实验 过程 中形 状基 本是 平 的 . 当杯 子没 有 漏气 时 , 们 明显发 现 塑料 片稍微 下沉 , 我 与杯 口之 间 有 一个 充满 水 的缝 隙 , 时 塑 料 片甚 至 可 以在 水 平 这
方 向滑动 . 当杯 中水 较 多时 , 堵小 洞 的手指 稍微 松 将
取一 个塑 料杯 , 口 内径 为 75c 在 杯 子 的 杯 . m, 底 部钻 一个小 洞 , 用手 指将 小洞 堵住 后 , 杯 中加一 往 半水 , 后用一薄硬纸 片( 然 比杯
口略大 ) 住 杯 口 , 置 , 现 盖 倒 发
较少 的水 , 高约 1 /, 验 过 程 中无 需 将 洞 堵 水 7 mn 实
移 开手 指后 , 空气 完 全进入 杯 中, 立 了新 的平 建 衡 . 界 的大 气压 为 P , V的截 面积 为 |, 柱 高 外 。杯 t s水 为 h, 片 自重 为 G. 纸 由于 水 柱 上 方 直 接 与 大气 接
半杯水做覆杯实验-半杯水心态

半杯水做覆杯实验后宗新芜湖县实验学校,安徽芜湖 241100摘要:覆杯实验通是过硬纸片托住倒置的杯中水,来验证大气压的存在,它是中学物理教学中常见的演示实验之一。
在做这个实验时,教师通常强调杯中要装满水,否则实验就会失败,而事实并非如此。
本文将在动手操作、仔细观察的基础上,通过具体的推算来解释用半杯水做覆杯实验也能成功的道理。
关键词:探究;半杯水;覆杯实验关于用半杯水做覆杯实验,有两种看法,有人认为不能成功;有人认为能成功,但对成功的解释是不同的。
下面笔者针对上述情况进行分析:1 认为半杯水做覆杯实验不能成功如图1所示,当水杯倒置后,杯内水面上方的气压没有变化,与外界的大气压相等,水、硬纸片在其重力作用下掉落。
实验表明,半杯水做覆杯实验依然能够成功。
通过仔细观察发现水杯倒置后,硬纸片发生了形变,所以,倒置前后杯内气压发生了变化,上述解释的前提是错误的。
2 半杯水做覆杯实验能成功解释1:如图2所示,当水杯倒置后,硬纸片会在水的压力作用下向杯外突出,导致杯内的空气体积增大,根据玻―马定律,杯内的气体压强会减小,小于外界的大气压强,因此实验能成功。
这种解释看似合情合理,但通过实验的仔细观察,发现水杯倒置后硬纸片不是向杯外凸出,而是相反,向杯内凸出。
这种解释违背了实验事实,当然是不正确的。
解释2:在做覆杯实验时仔细观察,我们可以观察到硬纸片向杯内凸出,同时硬纸片离开杯口有一个微小的距离,如图3所示。
下面我们来进行推算:为了简化,设杯子为圆柱形,高度为H,杯内水深h,杯子内截面积为S。
倒置前,杯内气体压强p1=p0,倒置后,杯内空气柱的体积变大,V2=V1+△V,气体的压强减小,p2=p1-△p根据玻―马定律p1V1=p2V2,可得:p0V1=p0V1+p0△V-△p V1-△p△V,略去△p△V,则p0△V=△p V1(1)水杯倒置后,对纸片作受力分析,向下的力有:卡片自重G卡,杯内水的压力ρghS,杯内气体产生的压力(p0-△p) S;向上的力有:浸润现象产生的水对纸片的拉力F浸,杯外气体产生的压力p0S。
对覆杯实验的再探讨

对覆杯实验的再探讨作者:李继兰来源:《物理教学探讨》2007年第19期1关于覆杯实验的讨论覆杯实验是初中物理教科书中用以验证大气压存在的一个重要的传统实验,实验是这样进行的:取一个玻璃杯,往杯中灌满水,再取一张比杯口略大些的不渗水的硬纸片(或塑料片)盖于杯口,用手按住硬纸片将玻璃杯缓慢倒置后,放开按住硬纸片的手,水将不会落下来。
对于该实验现象的成因,书中简单地解释为是由于大气压的作用。
最近一些老师发表了不同的意见:(1)顾[1]等根据原实验中用大气压的作用不能很好的解释实验中出现的一些现象。
例如:大气压强能支持约10米水柱,而在本实验中杯中水的高度仅十几厘米,因而大气压力远大于杯中水的重力;顾等进一步计算得出,如果托住水和纸片的力是大气压力的话,那么在纸片下应该能悬挂28.94kg的重物。
但实验证明,纸片下根本不能挂如此重的物体。
顾[1]等在覆杯实验中,用半杯水代替满杯水,结果也能成功……进而认为大气压的解释是错误的,水的表面张力引起的附加压强才是托住水的主要原因。
(2)蔡[2]等则认为原实验中当玻璃杯中灌满水时,用大气压来解释现象才是正确的。
2对覆杯实验产生的原因的再探讨笔者对覆杯实验产生的原因进行了进一步的研究和探讨:覆杯实验中托住水和纸片的主要原因是杯子内外的气压差。
事实上,覆杯实验中,杯内不存在气体是一种理想状态,是在现实实验条件下难以实现的。
实验中杯内出现气体的原因至少有两个:一是水中溶有空气。
在气压减小时,可析出,形成微小气泡。
二是在实验操作过程中不可避免的会使杯中残留极其微量的气体。
而只要有极少量的气体存在,虽然肉眼看不见,但是也足以使上述理想假设不能成立。
因为微小的气泡存在都会使得杯内存在一定的气体压力。
如图1所示,根据力的平衡条件:P0S=P水S+ G0 +P气S(1)其中P0为大气压强,S为杯口的面积,P水=ρgh,即水的重力产生的压强,G0为硬纸片自身的重力。
从(1)式分析中得出P0S- P气S= P水S+ G0 ,可见支持水和硬纸板的力是:(P0-P气)S=ΔPS。
半杯水做覆杯实验-精品文档

半杯水做覆杯实验关于用半杯水做覆杯实验,有两种看法,有人认为不能成功;有人认为能成功,但对成功的解释是不同的。
下面笔者针对上述情况进行分析:1 认为半杯水做覆杯实验不能成功如图1所示,当水杯倒置后,杯内水面上方的气压没有变化,与外界的大气压相等,水、硬纸片在其重力作用下掉落。
实验表明,半杯水做覆杯实验依然能够成功。
通过仔细观察发现水杯倒置后,硬纸片发生了形变,所以,倒置前后杯内气压发生了变化,上述解释的前提是错误的。
2 半杯水做覆杯实验能成功解释1:如图2所示,当水杯倒置后,硬纸片会在水的压力作用下向杯外突出,导致杯内的空气体积增大,根据玻?D马定律,杯内的气体压强会减小,小于外界的大气压强,因此实验能成功。
这种解释看似合情合理,但通过实验的仔细观察,发现水杯倒置后硬纸片不是向杯外凸出,而是相反,向杯内凸出。
这种解释违背了实验事实,当然是不正确的。
解释2:在做覆杯实验时仔细观察,我们可以观察到硬纸片向杯内凸出,同时硬纸片离开杯口有一个微小的距离,如图3所示。
下面我们来进行推算:为了简化,设杯子为圆柱形,高度为H,杯内水深h,杯子内截面积为S。
倒置前,杯内气体压强p1=p0,倒置后,杯内空气柱的体积变大,V2=V1+△V,气体的压强减小,p2=p1-△p。
根据玻?D马定律p1V1=p2V2,可得:p0V1=p0V1+p0△V-△pV1-△p△V,略去△p△V,则p0△V=△pV1 (1)水杯倒置后,对纸片进行受力分析,向下的力有:纸片自重G ,杯内水的压力ρghS,杯内气体产生的压力(p0-△p)S;向上的力有:浸润现象产生的水对纸片的拉力F ,杯外气体产生的压力p0S。
满足纸片恰好不下落的条件:由于浸润现象产生的水对纸片的拉力和纸片自重都很小(且这两个力方向相反,近似抵消),可以略去。
所以,△p=ρgh (2)由(1)(2)可得,△V= 。
所以,倒置时水柱下降△h= = = = 。
(其中p 取105 Pa,g取10 N/kg)当h=H-h时,即h= 时,h(H-h)有最大值,也即△h值最大。
覆杯实验科学实验报告

一、实验目的1. 验证大气压的存在。
2. 探究大气压与液柱高度的关系。
3. 了解覆杯实验的原理和操作方法。
二、实验原理覆杯实验是一种常见的物理实验,旨在证明大气压的存在。
实验原理如下:1. 大气对地面及其上物体产生压力,即大气压。
2. 当容器内液体表面与大气相通时,液体受到大气压力的作用。
3. 当液体表面与大气相通且液柱高度增加时,液体受到的大气压力也随之增大。
三、实验材料1. 一个透明玻璃杯2. 一张硬纸板3. 清水4. 量筒5. 计时器四、实验步骤1. 将玻璃杯装满水,确保杯口与水面平齐。
2. 将硬纸板放在杯口上,确保纸板紧贴杯口。
3. 用手按住纸板,将玻璃杯倒置,使杯口朝下。
4. 慢慢松开手,观察纸板是否掉落。
5. 记录实验过程中纸板掉落所需的时间。
6. 重复实验多次,确保实验结果的准确性。
五、实验结果与分析1. 实验过程中,硬纸板没有掉落,表明大气压力对纸板产生了足够的支撑力。
2. 通过计时器记录实验过程中纸板掉落所需的时间,发现纸板在短时间内没有掉落。
3. 根据实验结果,可以得出以下结论:a. 大气压力确实存在,且对物体产生压力。
b. 大气压力与液柱高度有关,液柱高度越高,大气压力越大。
c. 覆杯实验可以有效地验证大气压力的存在。
六、实验讨论1. 实验过程中,硬纸板没有掉落的原因是大气压力对纸板产生了足够的支撑力,使纸板无法掉落。
2. 实验结果受到多种因素的影响,如纸板与杯口之间的密封性、液体表面张力等。
3. 为了提高实验结果的准确性,可以采取以下措施:a. 确保纸板与杯口之间的密封性,避免空气进入杯内。
b. 使用透明玻璃杯,便于观察实验现象。
c. 重复实验多次,取平均值作为实验结果。
七、实验结论通过覆杯实验,我们成功地验证了大气压力的存在,并了解了大气压力与液柱高度的关系。
实验结果表明,大气压力确实存在,且与液柱高度有关。
覆杯实验是一种简单、直观的物理实验,有助于我们更好地理解大气压力的原理。
覆杯实验的物理知识

覆杯实验的物理知识《说说覆杯实验的那些事儿》嘿,朋友们!今天咱们来聊聊覆杯实验这个有趣的玩意儿,这里面可藏着不少物理知识呢!先来说说这个实验到底是咋回事儿。
简单来说,就是拿个杯子装满水,再拿张纸盖上去,然后把杯子倒过来,嘿,神奇的事情发生了,水居然不会流出来!每次看到这一幕,我都忍不住在心里默默喊一句:“哇塞,物理好神奇!”这其中的物理知识,听我慢慢道来。
首先呢,就是大气压的作用。
这大气压啊,就像一个看不见的大力士,在下面紧紧地托住了杯子和水。
它可强大了,能把水压在杯子里出不来。
你想想,这大气压得多厉害啊,平日里虽然感觉不到它,但关键时刻可不含糊。
记得我第一次做这个实验的时候,心里那叫一个紧张啊,生怕水一下子全洒出来。
结果呢,还真成功了!当时那个兴奋劲儿,简直没法形容。
就好像我自己变成了一个厉害的科学家一样。
其实覆杯实验也不是每次都能成功的哦,这里面也有很多小窍门呢。
比如说杯子里的水一定要装满,一点空气都不能留,不然可就前功尽弃啦。
还有啊,纸盖上去的时候一定要平,不能有褶子。
有时候我就因为这些小细节没做好,实验失败了,那叫一个懊恼啊!每次给别人表演这个实验的时候,看到他们那惊讶的表情,我就特别有成就感。
感觉自己就像是一个神奇的魔术师,用物理知识变了一个精彩的魔术。
通过这个覆杯实验,我深刻地体会到物理知识就在我们的身边,而且还这么有趣。
它不是那些枯燥的公式和定理,而是实实在在能让我们感受到神奇和快乐的东西。
所以啊,朋友们,别小看了这些小小的实验,它们里面蕴含的可是大大的物理智慧呢!以后遇到类似的实验啊,一定要亲自去试试,感受一下物理的魅力,说不定你会对物理产生浓厚的兴趣,成为下一个伟大的物理学家呢!哈哈,开个玩笑啦,但总之,覆杯实验就是这么有趣,快来一起体验吧!。
物理实验覆杯实验报告
一、实验目的1. 验证大气压力的存在。
2. 探究大气压力与液体压力的关系。
3. 了解覆杯实验的原理及操作方法。
二、实验原理覆杯实验是利用大气压力使杯子内的水不流出的一种实验。
实验原理如下:1. 当杯子倒置时,水受到的重力与杯口周围大气压力平衡,水不会流出。
2. 当移除杯口周围的封条或纸张时,大气压力消失,水受到的重力作用,水会流出。
三、实验器材1. 玻璃杯一个2. 水3. 封条或纸张4. 砝码(可选)四、实验步骤1. 在玻璃杯中装满水。
2. 用封条或纸张将杯口密封,确保水不会流出。
3. 将杯子倒置,观察水是否流出。
4. 若水未流出,记录实验现象。
5. 移除封条或纸张,观察水是否流出。
6. 若水流出,记录实验现象。
7. 可选:在杯口放置砝码,观察水是否流出。
五、实验现象1. 当杯子倒置时,水未流出,说明大气压力使水保持在杯内。
2. 移除封条或纸张后,水流出,说明大气压力消失,水受到重力作用流出。
六、实验结果分析1. 覆杯实验验证了大气压力的存在,因为只有在大气压力的作用下,水才能保持在杯内。
2. 实验结果说明大气压力与液体压力有关,大气压力越大,液体压力越大。
3. 在实验过程中,若在杯口放置砝码,水仍不会流出,说明大气压力足以抵消砝码的重力。
七、实验结论1. 覆杯实验验证了大气压力的存在。
2. 大气压力与液体压力有关,大气压力越大,液体压力越大。
3. 覆杯实验是一种简单而有趣的实验,可以用于演示大气压力的原理。
八、实验注意事项1. 实验过程中,确保杯子倒置时水未流出,否则会影响实验结果。
2. 移除封条或纸张时,动作要轻柔,以免水流出。
3. 实验过程中,注意观察实验现象,以便分析实验结果。
九、实验拓展1. 可以通过改变杯子的大小、形状等,观察实验现象是否发生变化。
2. 可以尝试使用不同密度的液体进行实验,比较实验结果。
3. 可以探究大气压力与海拔高度的关系,观察实验现象是否发生变化。
覆杯实验的过程和原理
《说说覆杯实验那点事儿》嘿,朋友们!今天咱来聊聊覆杯实验。
这覆杯实验啊,可好玩啦!咱先说说这实验是咋做的哈。
找一个玻璃杯,最好是那种透明的,能看得清楚里面情况的。
然后呢,往杯子里倒满水,一定要倒得满满的,差不多都要溢出来的那种。
接着,找一张纸,普通的纸就行。
把纸平平整整地盖在杯子口上,注意哦,一定要盖严实了,不能有缝隙。
然后,用手按着纸,把杯子慢慢地倒过来。
哇哦,神奇的事情发生了!水竟然没有流出来。
这是不是很神奇呀?那这到底是为啥呢?咱来唠唠这原理。
其实啊,这是因为大气压力在作怪呢。
咱生活的这个世界啊,到处都有大气压力。
这大气压力可厉害啦,虽然咱平时感觉不到它,但它的力量可不小。
当我们把纸盖在杯子口上,再把杯子倒过来的时候,杯子里的水本来是要流出来的,但是大气压力把纸紧紧地压在杯子口上,不让水跑出来。
就好像有一只无形的大手,紧紧地按着纸,不让水掉下去。
你想想看,这大气压力多神奇啊!它就像一个隐形的卫士,默默地守护着我们。
在覆杯实验里,它就发挥了大作用。
如果没有大气压力,那水肯定一下子就流得满地都是啦。
这个实验啊,咱可以在家里自己试试。
找个周末,和爸爸妈妈或者小伙伴们一起玩。
大家一起动手做实验,看看谁做得最成功。
还可以比赛,看谁能最快地做出这个实验。
这多有意思啊!而且啊,通过这个实验,咱还能学到不少知识呢。
知道了大气压力的存在,以后再看到一些奇怪的现象,咱就可以想想是不是大气压力在起作用。
比如说,吸盘能吸在墙上,也是因为大气压力呢。
总之啊,覆杯实验既好玩又能学到知识。
大家赶紧去试试吧!说不定你会被这个神奇的实验迷住哦。
哈哈,下次再玩实验的时候,咱又有新花样啦!。
覆杯的实验原理
覆杯的实验原理
嘿,朋友们!今天咱来聊聊超级有趣的覆杯实验原理呀!
你想想看,当你把一个装满水的杯子,倒扣过来的时候,水居然不会洒
出来,这是不是很神奇?就好像有一只无形的手在紧紧抓住水一样。
那这个神奇现象的原理到底是啥呢?咱先说杯子里的水,它就像是一群
乖宝宝,紧紧地挨在一起。
然后呢,大气压强这个家伙就出场啦!它呀,就像一个大力士,把杯子和水紧紧地压在一起,让水没办法掉下来。
比如说,大气压强就像是你紧紧抱住你最心爱的玩具一样,不肯松手。
记得我第一次做这个实验的时候,我一旁的小伙伴眼睛瞪得大大的,不
停地问我:“哎呀,这怎么可能呢?水怎么就不掉下来呢?”我笑着跟他说:“哈哈,这就是科学的神奇呀!”然后我们又反复做了好几次,每一次成功的时候,我们都激动得不行,感觉自己就像发现了新大陆一样。
这覆杯实验真的是简单又有趣,而且还能让我们直观地感受到大气压强
的存在呢。
你可以自己在家里试试呀,保证让你惊叹不已!说不定当你成功的时候,你也会像我一样,高兴地跳起来,大喊:“哇塞,我成功啦!”
总之,覆杯实验就是这样一个让你惊叹、让你欢笑的小实验。
它用最直观的方式让我们看到了看不见摸不着的大气压强的威力。
所以呀,大家赶紧动起来,去体验这个神奇的实验吧!。
覆杯实验的过程和结论
覆杯实验的过程和结论嘿,咱今儿个就来聊聊覆杯实验!这可是个特别有意思的小实验呢。
先说说要准备啥吧,其实很简单,一个杯子,最好是口稍微平一点的,一张纸,水那肯定是不能少啦。
然后就开始动手啦!把杯子装满水,注意哦,一定要装得满满的,可别小气啦。
接着呢,把纸平平地盖在杯子口上,这一步可关键啦,得盖得严严实实的,不能有一点缝隙哦。
然后呢,嘿,用手紧紧地按住纸,把杯子慢慢地倒过来。
这时候你就会瞪大眼睛啦,哇塞,水居然没有流出来!这纸就好像有魔力一样,把水牢牢地给拖住啦。
你说神奇不神奇?就这么一张薄薄的纸,咋就能有这么大的能耐呢?其实啊,这里面的道理也不难理解。
当杯子倒过来的时候,纸的下面是大气压,上面是水的压力,但是大气压可比水的压力大多啦,所以就能稳稳地托住水,不让水掉下来。
这就好像一个大力士在下面顶着呢,水想跑也跑不了呀。
咱再想想,生活中是不是也有类似的情况呀?就好比我们有时候遇到困难,觉得哎呀,这可咋办呀,好像过不去这个坎儿了。
但其实呢,只要我们找对方法,就像这覆杯实验里的纸一样,找到那个能支撑住我们的力量,那困难不也就迎刃而解啦?你可别小瞧这个实验哦,它虽然简单,但是却能让我们明白很多道理呢。
它告诉我们,有些事情看起来很难,但是只要我们去尝试,去找到那个关键的点,就有可能成功。
而且呀,它还让我们看到了大气压的力量,这可是平时我们感觉不到的呢。
做这个实验的时候,你会有一种特别奇妙的感觉,就好像你发现了一个小秘密一样。
你可以多试几次,每次都会有不一样的感受哦。
还可以和小伙伴们一起玩,比一比谁做得更好,那多有意思呀。
所以说呀,覆杯实验可不仅仅是一个实验,它还是一个能让我们学到知识、明白道理、找到乐趣的好东西呢。
大家都快去试试吧,保证让你大开眼界!别再犹豫啦,赶紧行动起来吧!。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
半杯水做“覆杯实验”的探索
覆杯实验是初中科学教学中经常演示的一个实验。
该实验通过卡片能托住倒置的杯子里的水,来验证大气压的存在。
通常做这个实验时,教师会强调杯中要充满水,不能漏气,如果漏气实验就会失败。
而事实并非如此!
如果我问:用半杯水做覆杯实验能成功吗?很多教师会认为不可能成功,他们通常这样解释:如果杯子中有空气的话,杯子内外的大气压强相等,卡片肯定会掉下来。
然而我做了大量的实验,用半杯水做覆杯实验的成功率极高。
如何解释这个实验呢?这里我首先要指出一种错误的解释。
很多人这样认为:当杯内水不满时,倒置水杯,水对卡片产生压力,使卡片的中心向下凸出,这时杯内的空气体积增大,根据玻——马定律,气体的压强减小了,小于外界的大气压强,因此卡片不会下落。
对于这种解释,通过实验我们可以轻易地将其否定。
在做覆杯实验时,可以观察到卡片中心向杯内凸出,而不是向杯外凸出。
这种解释看似合情合理,但是由于实验现象描述本身就是错误的,相应的解释肯定也站不住脚。
而且这种凭空想实验的做法是非常不可取的。
经过反复实验观察,我发现尽管卡片的中心微微地向杯内凸出,但是卡片的边缘总是离开杯口有非常微小的距离。
这正是实验能成功的关键。
我们来做个简单的计算。
假设杯子为圆柱形,高度为h,水深h,杯子内截面积为s,盖上卡片时管内空气柱体积是v0=(h
-h)s,倒置后,卡片受水的压力将向下稍有凸出,从而使杯内空气柱的体积变大v=v0+△v,于是使气体的压强减小p=p0-△p,根据玻——马定律,可得p0v0=pv=(p0-△p)(v0+△v)=p0v0
+p0△v-△pv0-△p△v,略去△p△v,则p0△v=△pv0。
对卡片作受力分析:向下的力有卡片自重g,杯内水的压力ρghs,杯内气体产生的压力ps;向上的力有浸润现象产生的水对卡片的拉力,杯外气体产生的压力p0s。
其中p0s-ps=△ps。
由于浸润现象产生的水对卡片的拉力和卡片自重都很小,而且这两个力方向相反,部分可以抵消,可以略去不计。
这样只要满足△p=ρgh,,则卡片可以被大气托住,代入p0△v=△pv0可得,△v=ρghv0/p0。
设水柱下降△h,△v=s△h,上式化简为△h=ρgh(h-h)/p0,设g=10牛/千克,p0=105帕,得△h=h(h-h)/10米,可以估计△h在10-4米的数量级。
所以只要卡片有微小的下移,就能满足上述条件,因此管中的水不注满时,大气也能把卡片托住。
如果用半杯水做覆杯实验来验证大气压的存在,学生会觉得难以理解,教师也很难向初中生解释。
用整杯水做覆杯实验时,有些教师这样向学生解释:当杯内充满水时,杯内没有空气,也就没有大气压强,而外界有大气压强,外界的大气压强把卡片给托住了。
这样的解释看似合理,事实上是错误的。
如果杯内充满水时,没有大气压强的话,那么外界大气压强作用在卡片上的力应该是非常大的。
我们可以做一个简单的计算:例如水杯的内径为8厘米,外界大气压强对卡片的压力为f=ps=1.01×105帕×3.14×(0.08/2)2
米2=507.424牛。
设杯内水深为12厘米,水对卡片的压力为f=ρghs=1.0×103千克/米3×9.8牛/千克×0.12米×3.14×
(0.08/2) 2米2=5.9牛。
两个力的差距超过500牛,这么大的力足以将卡片牢牢地压在杯口上,甚至把卡片推向杯内。
而事实上,我们观察到杯口的卡片只要用很小的力就可以把它取下来。
显然,当杯内充满水时,里面确实有大气压强存在的。
因此,可以这样说,半杯水做覆杯实验只不过是把整杯水做实验放大了而已,它们成功的原因都是由卡片微小的下移引起的。
从实验中可以总结出几点做好覆杯实验的经验:
(1)选与水浸润的材料(如纸、塑料薄膜)作覆盖物,实验的成功率高。
浸润的材料除了能产生一定的拉力作用外,更重要的是当杯口不平整时,能更好地防止漏气。
需要指出的是,不浸润的材料作覆盖物,实验的成功率也很高。
(2)用杯壁越宽的杯子做实验,成功率越高。
杯壁越宽,更有利于防止漏气。
(3)用半杯水做覆杯实验时,杯子深度h是水柱高度h的一半时,实验最容易失败。
因为此时△h=h(h-h)/10取最大值。
换句话说,水柱过多或过少更有利于实验的成功。
很多实验也同覆杯实验一样,看似简单,但是如果用心去做,还是会有很多内容可以挖掘,不断地带给我们惊喜的。