大氣壓強的創(chuàng )新實(shí)驗設計分析論文
摘要：
分析了大學(xué)生宿舍空間以及微收納家具的概念和發(fā)展現狀，探討了大學(xué)生宿舍和微收納家具之間的關(guān)系，研究了大學(xué)生宿舍微收納家具的設計功能要求、表現形式及理念。指出，微收納家具營(yíng)造宿舍空間帶來(lái)的空間的靈活性，解決了大學(xué)生宿舍中空間不足的問(wèn)題，為大學(xué)生提供更大的生活空間。
關(guān)鍵詞：大學(xué)生宿舍；空間；微收納家具；設計研究驗證
大氣壓的存在是“大氣的壓強”一節教學(xué)的重要內容，這對幫助學(xué)生認識大氣壓的相關(guān)知識有不可缺或的作用．雖然大氣壓與我們的生活密切相關(guān)，但由于空氣不像固體和液體那樣可以直接視覺(jué)或有直接的觸覺(jué)感受，大氣壓的存在又不為我們所覺(jué)察，這對于剛接觸物理的學(xué)生來(lái)說(shuō)，認識大氣壓有一定的難度或疑惑，必須有足夠實(shí)驗和事例來(lái)演示說(shuō)明．因此在“大氣的壓強”的教學(xué)中，通過(guò)演示實(shí)驗和自主性學(xué)習體驗到大氣壓強的存在是這節課的重點(diǎn)，也是引導學(xué)生體會(huì )到大氣壓強存在的關(guān)鍵．而教材中的演示實(shí)驗是有限的，能夠演示大氣壓強的實(shí)驗也不少，但是有些演示實(shí)驗不是實(shí)驗過(guò)程復雜、效果差，就是成本高，或者費時(shí)等等，如馬德堡半球模擬演示實(shí)驗，將兩個(gè)半球對在一起，然后用抽氣機將中間的空氣抽出，這就需要較長(cháng)的時(shí)間;由于儀器老化，半球的密封性變差，使得球內的空氣也不易抽盡，導致學(xué)生在拉球時(shí)不用費很大的力就把半球拉開(kāi)，不能反映大氣壓有很大壓力的物理事實(shí)．因此，需要物理教師挖掘實(shí)驗資源，引導學(xué)生到生活中去找原型，用創(chuàng )新的教學(xué)手段，展示生動(dòng)、有趣、明了、簡(jiǎn)潔的氣壓應用實(shí)例，以加強學(xué)生運用所學(xué)知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養他們的觀(guān)察能力、動(dòng)手能力及創(chuàng )新思維．下面介紹幾例大氣壓強的創(chuàng )新實(shí)驗．
1敞口氣球
你看到過(guò)氣球吹大后，敞著(zhù)口不變小的情景嗎?許多學(xué)生不相信是真的，當看到真實(shí)情景時(shí)，又百思不得其解．實(shí)驗器材大的飲料瓶(如5升雪碧瓶)、氣球等．首先對飲料瓶作一個(gè)簡(jiǎn)單的處理(其處理方法不說(shuō)同行們一定能從下面的介紹中明白)，然后在氣球未吹之前，把氣球的頂部向飲料瓶的瓶口灌進(jìn)去，使氣球的大部分進(jìn)入飲料瓶，再把氣球的口反套到飲料瓶的瓶口上．用手握住飲料瓶，現在用嘴對著(zhù)飲料瓶的`瓶口吹氣，等氣球吹大后，停止吹氣．一個(gè)氣球敞著(zhù)口不變小的氣球就出現在你的面前．學(xué)生看了非常好奇，氣球吹起來(lái)后，必須把氣球的口扎緊，氣球才能在較長(cháng)一段時(shí)間內不明顯變�。F在氣球敞著(zhù)口為什么不變小呢?原來(lái)這里巧妙的借助飲料瓶和大氣壓共同發(fā)揮作用，才出現奇特的現象．而學(xué)生看到這個(gè)演示現象既疑惑又興奮，這是一個(gè)既有知識性，又有趣味性、娛樂(lè )性的演示實(shí)驗，容易形成學(xué)生的激情和師生互動(dòng)，由此產(chǎn)生的課堂教學(xué)效果，不言而喻．更令學(xué)生疑惑的是，學(xué)生并沒(méi)有發(fā)現老師有其他的操作動(dòng)作，但是，當老師說(shuō)氣球變小，氣球真的逐漸變小;當老師說(shuō)氣球停止變小，氣球果然停止變小，敞著(zhù)口保持一定形狀鼓著(zhù)．氣球能夠膨脹，必須克服橡膠皮的束縛力．因此，吹氣就比較吃力．同樣，吹大的氣球，敞著(zhù)口不變小，也必須克服橡膠皮的束縛力．靠什么來(lái)克服橡膠皮的束縛力，從實(shí)驗中發(fā)現，只有靠負壓來(lái)實(shí)現．怎樣產(chǎn)生這么大的負壓呢?你應該發(fā)現其中的奧秘了吧．不要把這個(gè)實(shí)驗的奧秘直接告訴學(xué)生，而是引導他們探究，這有利于調動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng )新思維．這個(gè)演示實(shí)驗對講授高一理想氣體變化規律知識點(diǎn)也有一定輔助說(shuō)明作用．吹大的氣球敞著(zhù)口不變小，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)平衡問(wèn)題．密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體遵守玻意爾馬略特定律:在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強和體積成反比關(guān)系．用玻意爾馬略特定律就能輕松的解釋?zhuān)ㄖ?zhù)口的氣球為何不變�。驗闅馇螂m然敞著(zhù)口鼓著(zhù)，但是氣球內腔的氣體是恒定的一個(gè)大氣壓保持不變，假設氣球縮小，那么根據玻意爾馬略特定律，密閉在氣球與飲料瓶之間的氣體體積就要變大，而溫度幾乎是不變的，則氣球外圍的氣壓就會(huì )變小，因此氣球內、外的氣壓差就會(huì )阻止氣球變小，所以在這種情形敞著(zhù)口的氣球不會(huì )變小，除非使氣球與飲料瓶之間的氣體與外界連通．這樣把初中物理向高中物理適當延伸，有利于滿(mǎn)足不同層次學(xué)生的發(fā)展需求．
2飛球吸壁
許多玩具是根據物理原理設計生產(chǎn)的，能呈現物理現象和顯現物理規律，其巧妙的設計使外觀(guān)很精美、色彩很鮮艷，呈現的現象非常神奇，對學(xué)生很有吸引力，把玩具功能擴展為教學(xué)功能，使學(xué)生在好奇中學(xué)習物理知識．例如，用吸壁球演示大氣壓的作用．實(shí)驗器材吸壁球(玩具市場(chǎng)可以買(mǎi)到)．吸壁球的彩色很有吸引力，因為這種球的表面非常特殊，由多種不同顏色的塑料小吸盤(pán)組成，塑料小吸盤(pán)的彈性非常好．實(shí)驗方法在講授大氣壓強和摩擦力知識點(diǎn)時(shí)，用吸壁球做演示實(shí)驗，對學(xué)生也很有吸引力．有些學(xué)生可能沒(méi)有看過(guò)這個(gè)玩具，先把它向學(xué)生展示一下它的外貌，學(xué)生對它比較陌生，更不知道是做什么用的．突然把它向黑板拋去，它穩穩地吸在黑板上(如圖1所示);再向窗戶(hù)的玻璃上拋去，它就穩穩地吸在玻璃上，向天花板拋去，它就吸在天花板上．只要是光滑的平面，可以用力直接推上去，也可以向平面拋去(稍有點(diǎn)撞擊速度即可)，都能吸在豎直的平面上，吸在豎直平面上的時(shí)間跟撞擊速度和平面的光滑程度有關(guān)．在其他條件相同的情況下，撞擊速度較大，吸在平面上的時(shí)間較長(cháng)．這個(gè)演示實(shí)驗學(xué)生都能積極參與，便于探究、體驗．然后引導學(xué)生一起分析實(shí)驗現象的原理，學(xué)生對大氣壓強知識的消化也就不難了．讓學(xué)生在“玩”中學(xué)，教師指導得輕松，學(xué)生學(xué)得也輕松．實(shí)驗現象剖析:當用力把吸壁球拋到豎直的平面上時(shí)，由于撞擊力的作用，使其中的一個(gè)塑料小吸盤(pán)內的空氣擠出了一部分，塑料小吸盤(pán)在恢復形變的彈力作用下，試圖恢復原狀而使空腔欲變大，這樣塑料小吸盤(pán)內的氣壓就要減小為p1，而它的外部大氣壓p0不變(如圖2所示)，內外氣壓差使塑料小∥盤(pán)受到垂直于豎直平面的壓力F=(p0－p1)S．設吸壁球與豎直平面的靜摩擦因數為μ，那么吸壁球與豎直平面之間的最大靜摩擦力為FM=μF=μ(p0－p1)S．剛開(kāi)始時(shí)FM=G(G為吸壁球所受的重力)，由于吸壁球與豎直平面之間總是存在縫隙，外面的空氣會(huì )不斷地通過(guò)縫隙進(jìn)入到塑料小吸盤(pán)內，使小吸盤(pán)內的氣壓p1不斷變大，隨著(zhù)p1的增大，最大靜摩擦力FM逐漸減小，最終當FM接近G時(shí)，吸壁球掉落下來(lái)．
3一張報紙的力量
報紙是一種常見(jiàn)的學(xué)習資料，用報紙做實(shí)驗器材，對學(xué)生來(lái)說(shuō)有特別的新鮮感，筆者用報紙做實(shí)驗的接近10個(gè)，用報紙演示大氣壓強的實(shí)驗就是其中的一例．實(shí)驗器材幾根約1m長(cháng)的同規格木板條、一張大報紙、小鐵錘先把一根長(cháng)約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條放在平整的桌面上，將木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊，用小鐵錘猛力敲擊薄木板條，瞬間薄木板條迅猛向上跳起，薄木板條只是有點(diǎn)受損而并沒(méi)有敲斷．再取一根同樣規格的長(cháng)約1m、厚度約5mm、寬約50mm的薄木板條，放在平整的桌面上，木板條的三分之一露在桌子邊緣的外邊，再取一張完好無(wú)損的報紙，把這張報紙覆蓋鋪在平整的桌面及木板條上，用手把報紙抹平，使報紙盡可能貼近桌面．然后舉起你的右手對準露出部分木板條的一端，用力快速劈下(也可以用小鐵錘敲擊，如圖3所示)，只聽(tīng)“啪”的一聲，木板條露出的部分在桌面邊緣處折斷了，而鋪在桌面上的報紙和木板條紋絲不動(dòng)．精彩的實(shí)驗效果、鮮明的實(shí)驗現象對比，不僅給學(xué)生留下深刻的印象，而且激起學(xué)生強熱的探究欲望:為什么報紙會(huì )有這么大的壓力?原來(lái)是大氣壓在暗中幫了大忙．因為大氣壓強是每平方厘米1千克(力)，一張報紙上的大氣壓力非常之大．雖然報紙的上下表面都存在大氣壓力，但是在極短的時(shí)間內要使報紙跳起身來(lái)，上表面的大氣壓力就顯現出來(lái)了．就好比站在水里的人，他前后都有水的壓力，但是要他在水里快速奔跑能做到嗎?學(xué)生對水里有較大的壓力或阻力還是有一定的感性認識的，但對大氣壓強的存在及其數值較大缺乏認識，這有幾方面的原因:一是空氣的密度相對于水的密度要小得多，因此人們對空氣缺乏視覺(jué)和觸覺(jué)的感受;二是人們一直生活在空氣之中，體內、體外都存在氣壓，隨時(shí)隨地都存在氣壓平衡狀態(tài)，所以對大氣壓的感受認識;三是我們看到的周?chē)矬w運動(dòng)速度都是比較小的，氣體的流動(dòng)又比較快，因而對因運動(dòng)而表現大氣壓對物體的作用力就多見(jiàn)了．其實(shí)，我們可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法就能做出類(lèi)似“一張報紙的力量”的實(shí)驗．把一個(gè)較輕、較大又較硬的薄片沿著(zhù)垂直于薄片平面的方向突然快速移動(dòng)，你就能明顯感受到大氣壓力的作用了．我們在給學(xué)生演示創(chuàng )新實(shí)驗的目的，不是完全為了滿(mǎn)足學(xué)生的感受刺激，而是要用新奇的實(shí)驗現象吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，進(jìn)而使學(xué)生全神貫注地投入學(xué)習環(huán)境中．教師不僅要把演示實(shí)驗做得精彩，而且實(shí)驗現象的原理分析明了，使學(xué)生理解現象的本質(zhì)，捷徑地掌握新知識，并且在技能上、創(chuàng )新思維有所提高．
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