覆杯实验中力的分析
覆杯实验的科学解释
覆杯实验的科学解释王绍符1刘升2 张喜荣3（1.河北大学河北保定071002；2. 河北广播电视大学河北石家庄050000，3. 保定师专河北保定071051）有句格言说“首先发现水的绝不是鱼.”是的，同样道理，人类认识大气压强的存在经历了漫长的时间．能直立行走使用工具的人在地球上出现距今已有二、三百万年，可是直到360年以前的1643年才有托里拆利(E．Torricelli，1608～1647)第一次揭示了大气压强的真实存在，并测定了其值与76 cm高水银柱的压强相当．但是这一发现在当时并没有被广泛接受而流传，此后又过了11年，德国的格里克(Otto von Guericke，1602～1686)在马德堡做半球实验时还是使人们大为惊诧不已．就是在今天，对刚开始接受科学教育的儿童少年，讲述大气作用在我们人的身体上，每一个指甲大小的地方就有相当1公斤重物的压力，也会使他们半信半疑．这真是“不识庐山真面目，只缘身在此山中．”于是各种说明大气压存在的实验应运而生，而其中的覆杯实验以其惊险、奇妙制胜,倍受青睐，被广泛用于小学自然和初中物理的教学中．图-1 覆杯实验照片如图1所示，将一个杯子灌满水，取一纸片(或玻璃片、薄铁片)盖于杯口．然后用手扶着纸片将杯子缓慢倒置后，再放开扶纸片的手．水竟不落下来! 如此说明空气对纸片有压力，即说明大气压强的存在．以上实验及说明一般对小学和初中学生来说也就够了，但却也留下了一些似乎不甚得其解的思考．于是常见一些书刊中对此问题进行讨论．在这里笔者从以下几方面提出自己的认识，是否妥当还望得到批评指正．1 相互平衡的力对这个实验常见有一种的解释，说：“大气压强相当10 m高水柱的压强，杯子里的水一般只有约0．1 m高，压强比大气压强小得多，所以水不会落下来．”这种解释很容易被接受，但却是不恰当的．覆杯实验中，无论是杯子、水还是纸片都处于静止平衡状态，因而它们各自所受的力都是相互平衡的力．就纸片而言它受向下的重力G，向下的水的压力p水S (S为杯口的面积)和向上的大气压力p0S,如图2 示．（杯口面积S以外，纸面上下都有大气压的作用，故这里不再考虑）图-2 纸片受力图纸片是否受杯口的作用力呢?不受．仔细观察可以发现纸片并不与杯口直接接触（如果用玻璃片则此现象更为明显），而是有个缝隙，其间是水．所以纸片只受上述三个力，由于平衡则有p水S +G = p0S(1)如果考虑到纸片很轻，则可知作用在纸片上的水的压强p水近似与大气压强p0相等，而不是小得很多．2 相对压强和绝对压强液体静力学中有一个基本方程——静液平衡方程[1]p2－p1=ρgh(2)式中p1，p2为静止液体中任意两点，即点1和点2（点1在上，点2在下）的压强；ρ为液体的密度．根据静液平衡方程可知，对于封闭在覆杯中的水来说，水柱高度只决定下口处与上底处的压强差(ρgh )，这是相对压强，并不决定下口处水的实际压强，也就是绝对压强的大小．其下口处(以及上底处)的绝对压强则由所处具体条件所形成的挤压程度决定[2]．为了讨论覆杯下口水的压强，让我们先做些假设，这样可以使问题得到简化且不致发生歪曲．第一，假设杯子上下粗细均匀，截面面积S为一定值．如此可避免由于杯子粗细不均带来处理上的麻烦．第二，假设杯中的水是满的，盖上纸片，以及倒置以后，手没有离开纸片以前水的体积没有发生丝毫变化．在上述假设条件下，原来杯子没有倒置以前水面处的压强等于大气压强p 0．而杯底处由于重力作用水的挤压程度较大，其压强大小等于p 0+ρgh ，大于大气压强.倒置以后由于水的压强分布仍应是上端(现在是杯底处)压强接近于p 0，下端(现在是杯口处)压强接近于p 0+ρgh ，这也就是水作用于纸片上的压强，即约为p 水=p 0+ρgh （3）此处的讨论也可以假设杯子是一个上下开口粗细均匀的玻璃筒．先在下口垫上纸片将其封闭，然后倒满水，再用玻璃片将上口封闭．这样省去倒置过程，却可以得到同样的结论．由以上讨论我们可以清楚地认识到，在这种情况下杯中的水作用在纸片上的压力p 水S 不是小于大气压力而是大于大气压力p 0S ！那么，杯中的水作用在纸片上的这个压力又是怎样变小的呢?3 杯中水的挤压程度与表面张力附加压强在做覆杯实验的过程中，将杯子倒置以后放开扶着纸片的手时，纸片将稍许下沉与杯口 脱离接触，形成一个充满水的缝隙，这时纸片甚至可以在水平方向自由移动，如果用玻璃片代替纸片做实验，这种现象更明显．这说明杯子中水的挤压程度发生了变化，减小了压强.对于液体来说，体积微小无法察觉的变化都会引起压强很大的变化.仔细观察，缝隙中水的表面呈凹形曲面，如图3所示．这个缝隙里水的表面张力产生的附加压强也会对杯内水的压强起到了调节作用．图-3缝隙中水的表面呈凹形曲面在这种情况下水的表面张力产生的附加压强为dp s θαcos 2-= （4）式中“－”号表示为负压，此附加压强使水内压强减小；α为水的表面张力系数；θ为接触角；d 为凹形曲面宽度．由以上分析可知，当外界大气压强为p 0时，则纸片（玻璃片、铁片等都一样）上方水的压强为p 水 ＝ p 0 +p s ，即02cos =p p dαθ-水 (5)式（5）显示表面张力产生的附加压强使纸片上方水的压强减小，从而满足(1)式，使纸片保持静态平衡．由此可见，表面张力作用不可忽视，实验中的液体必须与杯子、纸片润湿，笔者曾用荷叶代替纸片，结果实验失败.4 空气柱体积的调节作用做覆杯实验杯中水不满(多数情形正是如此)亦可获得成功．这是由于杯子倒置后放开扶着纸片的手时，纸片下沉，使封在水上方的空气柱体积有所增加，从而压强减小的缘故．其压强减小量只需SG gh p +=∆ρ，在一般情况下△p 与p 0之比的数量级为10-2，从而可以根据气体定律算出空气柱的伸长量一般小于1 mm. 还应当说明的是，在这种情况下空气柱体积的增加与表面张力产生的附加压强，其作用结果是同一的，自恰的，纸片上水的压强既符合（5）式，也符合（2）式.5 纸片的作用有意思的是经过讲解，使覆杯实验的惊险奇妙化解如释以后，还有一个问题常使我们的教师困惑难对．这就是：“既然大气压能托住杯内的水柱，那么要纸片干什么?”我们知道静液压强分布特点之一是水平分布均匀，即静止的液体内任一水平面上各点 的压强是相等的，也就是说是个等压面，否则将失去平衡而流动．如此说来，不用纸片，只要杯口水面是水平的，各处压强相等，均等于大气压强p 0，则水柱可以保持静止而不下落．但 是，这种平衡是不稳平衡，不稳平衡实现的概率为0，只要稍有扰动，水面就有起伏涨落不再是等压面，就会产生像虹吸现象一样的效应，杯内的水会从某一边往下流直到流完为止．不稳平衡只在理论上成立，在真实生活中并不存在．就像一个人在钢丝上，理论上只要人所受重力的作用线通过钢丝，人就可以在其上平衡．实际上人不可能停留在此种状态，各种随机的因素都会使其失去平衡且不能恢复．我们知道走钢丝的杂技演员手中总是拿一根长竹竿，边走边左右晃动，借此可以调整重心，使其可以在不断失去平衡的情况下又不断地恢复平衡．纸片的作用恰似竹竿．纸片的弹性形变可以抑制水面的起伏涨落．当水面某处随机凹进去时，纸片跟着发生凹进形变而产生负压将凹进去的水拉回来；当水面某处随机凸出来时，纸片跟着发生凸出形变而产生正压将凸出来的水压回去(当纸片较薄时这中凹或凸的动态形变很明显)．就这样动态地使水面维持着一个等压面，保证了杯内水柱的稳定平衡而不下落．由此可知纸片的作用不是可有可无的，实验成功纸片不可或缺．参考文献[1]李玉柱，苑明顺．流体力学[M]．北京：高等教育出版社，1998[2]王绍符.初中物理静流体压强宏观解释的思考[J].物理通报，1996，（6，7）（1998年初稿，2003年修改，并发表在2003《物理通报》第5期）。
乒乓球覆杯实验课后反思
乒乓球覆杯实验课后反思在乒乓球覆杯实验中，我们通过研究乒乓球在覆杯过程中的运动轨迹和物理规律，深入了解了动力学的基本原理。
通过这次实验，我对乒乓球的运动状态有了更深刻的认识，并且也发现了一些问题和不足之处。
在实验过程中，我注意到乒乓球覆杯的成功与否与多个因素有关。
乒乓球的速度、角度、旋转以及杯子的形状和位置都会对覆杯结果产生影响。
通过调整这些因素，我们可以探索乒乓球覆杯的最佳策略。
我发现乒乓球在覆杯过程中的运动轨迹并不是简单的直线或抛物线。
乒乓球在受到击打后会出现自旋和空气阻力的影响，导致它的运动轨迹呈现出曲线形状。
这也说明了为什么乒乓球覆杯需要一定的技巧和经验。
在实验中我也发现了一些问题。
首先是乒乓球在空中飞行过程中容易受到空气阻力的影响，导致其运动轨迹不够稳定。
其次是乒乓球的速度和角度的调整需要一定的技巧和经验，否则很难成功覆杯。
这些问题都需要我们进一步研究和探索。
通过这次实验，我明白了科学实验的重要性和乐趣。
科学实验不仅可以帮助我们理解和应用科学知识，还可以培养我们的观察力、实验能力和创新思维。
在今后的学习和生活中，我会更加重视实验环节，积极参与各种实验活动，不断提高自己的实验能力和科学素养。
除此之外，我还了解到了乒乓球运动的一些特点。
乒乓球是一种重要的球类运动，不仅可以锻炼身体素质，还可以培养协调能力和反应能力。
乒乓球的运动规则相对简单，容易上手，适合各个年龄段的人群参与。
通过乒乓球覆杯实验，我对乒乓球运动有了更深入的了解，也对乒乓球运动产生了更大的兴趣。
乒乓球覆杯实验是一次非常有意义的实验。
通过这次实验，我不仅对乒乓球的运动规律有了更深刻的认识，还提高了自己的实验能力和科学素养。
希望今后能有更多这样的实验机会，让我更好地了解和应用科学知识，培养自己的科学思维和实践能力。
覆杯实验的原理是不是
覆杯实验的原理是不是覆杯实验是经典的液体力学实验，用来说明液体自由表面受到正压力的原理。
在这个实验中，一杯装满水的杯子被覆盖在一张纸上，然后迅速翻转过来，使纸和杯子都被倒扣过来并放在桌子上。
然后迅速移开纸，杯子仍能保持在原来位置并且不会有水溢出。
这个实验的原理涉及到压强、压力、表面张力以及大气压力等知识。
首先，液体的压强与液体所在深度呈正比。
在覆杯实验中，水从杯子中流出一部分并填满整个杯子，在水表面上方还存在一段空气空间。
根据帕斯卡定律，液体的压力在所有方向上是均匀分布的。
由于水是不可压缩的，因此在水的表面上方的空气和水之间也存在着一个平衡压力。
其次，液体的压力是与液体的密度和高度成正比的。
由于压强与压力成正比，所以液体的压强也是与液体的密度和高度成正比的。
在覆杯实验中，水下面的压强大于水上面的压强。
当杯子和纸翻转时，水的重力作用会使水继续保持在杯子内部，并在翻转时保持液面水平。
液面水平的原因是水面上下两侧的压强相等，而水面上面的压强是由大气压力提供的，这可以防止水从杯子中溢出。
此外，表面张力也起着重要的作用。
表面张力是液体表面上的一种特性，是液体分子间的吸引力使液面呈现一种能够抵抗外力的趋势。
在覆杯实验中，当纸被迅速移开时，液体表面上的分子会受到扰动，但由于液体的表面张力，液面上的分子会重新排列以保持液面的平滑和液体的完整性。
这也是为什么水不会溢出杯子的原因。
最后，大气压力也对覆杯实验起着关键作用。
大气压力是指大气对物体单位面积上施加的压力。
在覆杯实验中，纸和杯子翻转后放在桌子上，杯子内部的空气和水面之间会产生一个封闭的空间。
这个空间内的空气受到大气压力的作用，与杯内的水表面相互平衡，阻止水从杯子中溢出。
综上所述，覆杯实验的原理包括：液体压强与深度成正比、液体压力与密度和高度成正比、表面张力的作用、大气压力的作用。
通过这些原理的相互综合作用，我们可以观察到覆杯实验中水能够保持不溢出的现象。
覆杯实验报告
空气中含有大气压。
而科学家们经过漫长的时间才得出的结论，其实通过一个简单的实验就可以证明——覆杯实验。
需要准备的材料：
一张白纸，一个纸杯，水
如何完成覆杯实验：
将纸杯里倒满水，在纸杯上放置一张白纸，然后将纸杯倒过来
实验效果：
虽然纸杯倒了过来但水并没有洒出
原因：
当倒转杯时，由于水的重力关系，纸片稍稍向下凸出，杯内空气的体积增大，压强也就变小，小于外界的大气压，所以大气压把水给托住了。
能直立行走使用工具的人在地球上出现距今已有二三百万年可是直到360年以前的1643年才有托里拆利第一次揭示了大气压强的真实存在并测定了其值与76cm高水绝不是鱼.”是的，同样道理，人类认识大气压强的存在经历了漫长的时间．能直立行走使用工具的人在地球上出现距今已有二、三百万年，可是直到360年以前的1643年才有托里拆利第一次揭示了大气压强的真实存在，并测定了其值与76 cm高水银柱的压强相当．但是这一发现在当时并没有被广泛接受而流传，此后又过了11年，德国的格里克在马德堡做半球实验时还是使人们大为惊诧不已．
瓶口缺陷“覆杯实验”探究
［ 关键词］ 大气压强 ； 瓶 口缺 陷； 覆杯 实验 ； 满瓶 水； 半瓶 水 ［ 中图分类号］ （ ３ ６ ３ ３ ． ７ ［ 文献标识码］ Ａ ［ 文章编号］ １ ６ ７ ４ — ６ ０ ５ ８ （ ２ Ｏ １ ７ ） ３ ２ — ０ ０ ４ ８ — ０ １
一
２ ．在 满 瓶 水 和半 瓶 水 的 场 景 下 ， 缺 陷 瓶 口处 的 纸 片
与水均不掉落 ， 覆杯实验也成功 ， 如图 ５ 至图 ７ 。
图 ５缺 陷 瓶 口
图 ６满 瓶 水
图 ７半瓶 水
五 、分 析 与 讨 论
分 别 在 满 瓶 水 与半 瓶水 的 场 景 中 ， 完 整 瓶 口 处 的 纸
覆杯 实验 是 中学物 理 中验证 大气 压强存 在 的一 个 非常直观 、 非 常典 型 的实验 ， 其装 置简 易 、 操 作 简便 、 成 功 率高 ． 在 大 气 压 演 示 实 验 中有 着 十 分 重 要 的 地 位 。并 且， 此 实验 从小 学 自然常识 到 中学 物理 ， 乃至大 学普通 物 理 的大 气压 演 示 实验 也 广 泛 采 用 。因 此 ， 大 量 学 者 对 覆 杯 实 验 进 行 了 探 究 。 如 杯 中 水 未 装 满 时 纸 片 是 否 掉 落； 纸片在 实验 中的作 用 ； 分 析杯 中气体 压强 的变化情 况； 对覆杯 实验进行改进 ； 等等 。但是 ， 当杯 口缺 陷时覆 杯 实验 能否成功 ， 却鲜 有研 究 。为此 ， 笔 者对 此 问题进 行 了探究 ， 其具体 实验 和结论如下 。
都 会 强调 杯 口必 须 平 整 。 为探 寻 杯 口缺 陷 对 覆 杯 实验 的影 响 ， 冬 实验 借 助 透 明 矿 泉 水 瓶 分 别 在 满 瓶 水 与 半 瓶 水 的 场 景 中 ， 通 过 对
覆杯实验中力的分析
覆杯实验中力的分析作者：张惠作阅读次数：5更新时间：2010年12月04日【字体：大中小】文章摘要：《物理教学)20O6年9期发表《覆杯实验的奥秘》。
在另一本杂志上有一篇《覆杯实验研究》的文章。
笔者经过实验探究，认为后文的结论不正确。
《覆杯实验研究》的结论为：在以往的验证大气压强存在的教学中，覆杯实验是一-《物理教学)20O6年9期发表《覆杯实验的奥秘》。
在另一本杂志上有一篇《覆杯实验研究》的文章。
笔者经过实验探究，认为后文的结论不正确。
《覆杯实验研究》的结论为：在以往的验证大气压强存在的教学中，覆杯实验是一个极好的演示实验，覆杯实验引起了学生的极大兴趣。
但是，从上面的分析可以看出，教材中把覆杯实验用以验证大气压强的存在是不合理的，因为真正把水托住的原因其实是水的表面张力引起的附加压强的作用。
笔者认为，解读覆杯实验中托住水的原因不能和托住盖片的原因混为一谈，托住水和盖片这个整体的根本原因肯定是大气压强的作用。
而在这个实验中，必须利用的盖片，作为一个对象，从整体中隔离出来分析，托住它的力是复杂的，要牵涉到表面张力、浸润和不浸润等问题。
盖片受力应包括重力、大气压力、水的压力以及表面张力。
这四个力的平衡使盖片托住，四个力的平衡被破坏，盖片脱落，水亦下泄。
首先用实验说明两个问题，一、表面张力不大，二、大气压强对托住水的决定性作用。
先以满杯水的情形做以下实验，待将问题的实质分析清楚之后再讨论半杯水的情况。
笔者做实验时采用了一次性纸杯，在其底部打了一个孔(尺寸约2毫米以上)，实验时，先用手指堵住小孔，装满水后覆盖硬纸片，倒过来，实验成功，水被托住，将堵住小孔的手指移开，纸片脱落，杯水下泄。
这个实验表明，托住水的原因是大气压的作用。
再换一个底部无孔的杯子，杯口朝上放置，注满水，将盖片覆盖在杯口上，并用力压一压使其和杯口充分接触，然后将盖片揭起，感到有向下的轻微的吸引力，实际上是表面张力，说明表面张力不大，实际上从表面张力理论上来讲，介于盖片和杯口之间的表面张力不是很大，一般我们用手去提盖片，感受很轻微，笔者没有做定量的实验测量这个力的确切数值，但感受上是很小的，根本不可能托住一满杯水。
覆杯实验原理
覆杯实验原理
实验原理：覆杯实验是一种经典的心理学实验，用于展示观察者的注意力如何受限制并影响他们对周围环境的感知。
在实验中，将两个不同大小的杯子一字排开，其中一个杯子放置在另一个杯子上方，并将它们统一涂上相同颜色的油漆。
参与者被要求观察两个杯子，并回答一个关于杯子颜色的问题。
结果发现，观察者往往会错误地回答两个杯子的颜色是不同的。
这是因为当两个杯子重叠在一起时，上面的杯子会引起参与者的注意力，导致下面的杯子的颜色被忽视或难以分辨。
这个实验揭示了人们对注意力的有限性以及对环境的感知如何受到焦点限制的影响。
当我们集中注意力于某个事物时，我们可能会忽略或误解周围的其他信息。
这个原理可以应用于日常生活中，例如在交通中要时刻注意周围的环境，而不仅仅是专注于自己的行驶道路。
同时，这个实验也告诉我们，我们的判断和感知可能会受到不同因素的干扰，所以我们需要保持警觉和灵活应对各种情况。
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。
大气压疑难问题片头1覆水杯实验
覆水杯实验
先用铁钉在塑料瓶侧面扎一个孔。用手 指堵住塑料瓶侧面的孔，将塑料瓶装满 水后用纸片将杯口盖严，用另一只手按 住纸片将塑料瓶倒置，移开按住纸片的 手，观察到纸片和杯子里的水都不落下 来。然后，放开堵住孔的手指，发现纸 片和塑料瓶里的水都马上落下来。证明 纸片和塑料瓶里的水都不落下来是由于 纸片被水粘住了，与大气压无关的观点 是错误的。
覆水杯实验
现象：纸片没有掉 下来
分析：纸片受重力作用，受水向下的压力作用， 没有下落，必须受向上的力的作用。这个力的 施力物体只能是大气，证明大气存在压强。
后侧：小明用纸杯、塑料片和水做实验。他将纸杯装满 水，用塑料片把杯口盖严，一只手按住塑料片，另一只 手抓住杯底，在空中将纸杯倒过来。移开按塑料片的手 后，他发现塑料片和杯子里的水都不落下来，如图19所 示。小明对这一现象的解释是：塑料片和杯子里的水都 不落下来是是大气压作用的结果。请你利用上述器材再 补充必要的辅助器材证明小明的观点是正确的。
疑 难 问疑题难？问 题 ？
答疑疑 解难惑
深入分析
就在
ห้องสมุดไป่ตู้
疑难问题解析！
初中物理疑难问题讲解
大气压强 -覆水杯实验
黄冈中学北京朝阳学校 魏莲靖
前测：小林用矿泉水瓶、纸片和水做实验。他将 矿泉水瓶装满水，用纸片把杯口盖严，一只手按 住纸片，另一只手抓住塑料瓶，在空中将塑料瓶 倒过来。移开按纸片的手后，他发现纸片和塑料 瓶里的水都不落下来。小林对这一现象的解释是： 纸片和塑料瓶里的水都不落下来是由于纸片被水 粘住了，与大气压无关。请你利用上述器材再补 充必要的辅助器材，设计一个实验证明小林的解 释是错误的。
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！。
- 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)。
覆杯实验中力的分析
作者：张惠作阅读次数：5更新时间：2010年12月04日【字体：大中小】文章摘要：《物理教学)20O6年9期发表《覆杯实验的奥秘》。
在另一本杂志上有一篇《覆杯实验研究》的文章。
笔者经过实验探究，认为后文的结论不正确。
《覆杯实验研究》的结论为：在以往的验证大气压强存在的教学中，覆杯实验是一
-
《物理教学)20O6年9期发表《覆杯实验的奥秘》。
在另一本杂志上有一篇《覆杯实验研究》的文章。
笔者经过实验探究，认为后文的结论不正确。
《覆杯实验研究》的结论为：在以往的验证大气压强存在的教学中，覆杯实验是一个极好的演示实验，覆杯实验引起了学生的极大兴趣。
但是，从上面的分析可以看出，教材中把覆杯实验用以验证大气压强的存在是不合理的，因为真正把水托住的原因其实是水的表面张力引起的附加压强的作用。
笔者认为，解读覆杯实验中托住水的原因不能和托住盖片的原因混为一谈，托住水和盖片这个整体的根本原因肯定是大气压强的作用。
而在这个实验中，必须利用的盖片，作为一个对象，从整体中隔离出来分析，托住它的力是复杂的，要牵涉到表面张力、浸润和不浸润等问题。
盖片受力应包括重力、大气压力、水的压力以及表面张力。
这四个力的平衡使盖片托住，四个力的平衡被破坏，盖片脱落，水亦下泄。
首先用实验说明两个问题，一、表面张力不大，二、大气压强对托住水的决定性作用。
先以满杯水的情形做以下实验，待将问题的实质分析清楚之后再讨论半杯水的情况。
笔者做实验时采用了一次性纸杯，在其底部打了一个孔(尺寸约2毫米以上)，实验时，先用手指堵住小孔，装满水后覆盖硬纸片，倒过来，实验成功，水被托住，将堵住小孔的手指移开，纸片脱落，杯水下泄。
这个实验表明，托住水的原因是大气压的作用。
再换一个底部无孔的杯子，杯口朝上放置，注满水，将盖片覆盖在杯口上，并用力压一压使其和杯口充分接触，然后将盖片揭起，感到有向下的轻微的吸引力，实际上是表面张力，说明表面张
力不大，实际上从表面张力理论上来讲，介于盖片和杯口之间的表面张力不是很大，一般我们用手去提盖片，感受很轻微，笔者没有做定量的实验测量这个力的确切数值，但感受上是很小的，根本不可能托住一满杯水。
参阅《探究“覆杯实验”的奥秘》一文的数据可知，水的表面张力的确很小。
网上查得纯水在2O℃时的表面张力系数a一7．275×10 N·m_。
，如果杯口直径约6cm，周长接近20cm，表面张力约为1．4×1O N，约相当于1．4g水的重力。
以盖片和全部的水(包括介于盖片和杯口之间的水层)整体为对象，受力情况为：整体的重力、向上的大气压力、杯底施加的向下的压力和杯口水层H的表面张力。
四个力的作用，前面论述过，表面张力很小，所以说，托住这个整体对象的力主要是大气压力。
接下来单以盖片为受力对象进行分析。
先讲一讲实验过程。
杯口朝上放置，注满水，将盖片覆盖在杯口上，用一只手将盖片压住，另一只手抓住杯体，倒转180度，小心移去压着盖片的手，实验成功。
请注意在这个过程中，介于盖片和杯口之间的水层由薄变厚。
为什么会有这个变化?因为我们在移去压着盖片的手之前，用力将盖片压在杯口上，之间的水层由于被挤压变的很薄，待到倒过来并移去手后，刚才由手提供的压力消失，水层由于内在的引力而收缩变厚。
如果是浸润情形，正如《覆杯实验研究》中描述的，杯口水层是向内凹的如图1，这种情况下，盖片受自身的重力、向上的大气压力、向下的水的压力和由于浸润水有对盖片附着作用从而受到水层表面向上的表面张力。
这四个力中，水的压力取决于水在和盖片接触处的压强。
关于这个压强的分析，笔者认为《覆杯实验研究》中的分析有误。
该文认为“硬纸片受到水对其向下的压力户。
S+ ghS(h为水的高度)”，也就是说水在和盖片接触处(如图2中A处)的压强P 一P。
+ g^，这是错误的。
因为杯口的水层面向大气，大气压强通过水层表面传递到与盖片接触处的水中，因此这个压强应等于大气压强加上水的表面张力引起的附加压强户s，即一Po+ ，而在杯底处(如图2中的B处)的压强加一 -p．gh一 +
-p,gh。
水的表面张力产生的附加压强为……式中“一”号表示为负压，a 为水的表面张力“系数，为接触角，d为凹(凸)形曲面宽度。
内凹情形，为锐角(图2所示的情况)，P 为负值，外凸情形，为钝角(图3所示的情况)，为正值。
内凹情况下，附加压强为负，这样盖片上方水的压强比大气压强小，大气
压力和水的压力合力方向向上，大小等于附加压强的绝对值乘以盖片的有效受力面S。
为了方便表述，将这个合力称作附加力F，……
这样，前面分析盖片所受的四个力合并为三个力综上所述，表面张力加上附加力和盖片的重力三力平衡，将盖片托住。
进一步分析表面张力和附加力的性质，众所周知，表面张力在一定限度内就像橡皮膜的张力一样，随着面积变大而增大。
附加压强随着弯曲程度而变化，弯曲程度越大附加压强越大，那么附加力就越大，这样，表面张力的大小变化和附加力大小的变化相反，当杯口水层变厚，表面变大而弯曲程度变小，表面张力变大而附加力变小，他们的变化有着不可分割的内在联系。
实验过程中，当移去压在盖片上的手时，这两个力与盖片的重力必然有一个调整的动态的短暂过程，如果盖片的重力不太大，在表面张力限度内，能达到这三力的平衡，呈现出一个恰当的水层，其表面的大zb(表现为水层的厚薄)和弯曲程度刚好调整致使表面张力加附加力与盖片重力平衡，实验告成。
反之，如果盖片的重力超过一定值。
调整超过表面张力限度，盖片无法平衡而坠落，实验失败。
又因为表面张力和附加力很小，所以，盖片的重力不能太大，实验方可成功……。