大氣壓強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(xiàn)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(shè)計(jì)功能要求、表現(xiàn)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(shè)計(jì)研究驗(yàn)證
大氣壓的存在是“大氣的壓強(qiáng)”一節(jié)教學(xué)的重要內(nèi)容，這對(duì)幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)大氣壓的相關(guān)知識(shí)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(duì)于剛接觸物理的學(xué)生來(lái)說(shuō)，認(rèn)識(shí)大氣壓有一定的難度或疑惑，必須有足夠?qū)嶒?yàn)和事例來(lái)演示說(shuō)明．因此在“大氣的壓強(qiáng)”的教學(xué)中，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和自主性學(xué)習(xí)體驗(yàn)到大氣壓強(qiáng)的存在是這節(jié)課的重點(diǎn)，也是引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)到大氣壓強(qiáng)存在的關(guān)鍵．而教材中的演示實(shí)驗(yàn)是有限的，能夠演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)也不少，但是有些演示實(shí)驗(yàn)不是實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、效果差，就是成本高，或者費(fèi)時(shí)等等，如馬德堡半球模擬演示實(shí)驗(yàn)，將兩個(gè)半球?qū)υ谝黄穑缓笥贸闅鈾C(jī)將中間的空氣抽出，這就需要較長(zhǎng)的時(shí)間;由于儀器老化，半球的密封性變差，使得球內(nèi)的空氣也不易抽盡，導(dǎo)致學(xué)生在拉球時(shí)不用費(fèi)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?qū)嶒?yàn)資源，引導(dǎo)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(yīng)用實(shí)例，以加強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)他們的觀察能力、動(dòng)手能力及創(chuàng)新思維．下面介紹幾例大氣壓強(qiáng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)．
1敞口氣球
你看到過(guò)氣球吹大后，敞著口不變小的情景嗎?許多學(xué)生不相信是真的，當(dāng)看到真實(shí)情景時(shí)，又百思不得其解．實(shí)驗(yàn)器材大的飲料瓶(如5升雪碧瓶)、氣球等．首先對(duì)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(xiàn)在用嘴對(duì)著飲料瓶的`瓶口吹氣，等氣球吹大后，停止吹氣．一個(gè)氣球敞著口不變小的氣球就出現(xiàn)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不明顯變小．現(xiàn)在氣球敞著口為什么不變小呢?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(xiàn)奇特的現(xiàn)象．而學(xué)生看到這個(gè)演示現(xiàn)象既疑惑又興奮，這是一個(gè)既有知識(shí)性，又有趣味性、娛樂(lè)性的演示實(shí)驗(yàn)，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(xiàn)老師有其他的操作動(dòng)作，但是，當(dāng)老師說(shuō)氣球變小，氣球真的逐漸變小;當(dāng)老師說(shuō)氣球停止變小，氣球果然停止變小，敞著口保持一定形狀鼓著．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(yàn)中發(fā)現(xiàn)，只有靠負(fù)壓來(lái)實(shí)現(xiàn)．怎樣產(chǎn)生這么大的負(fù)壓呢?你應(yīng)該發(fā)現(xiàn)其中的奧秘了吧．不要把這個(gè)實(shí)驗(yàn)的奧秘直接告訴學(xué)生，而是引導(dǎo)他們探究，這有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新思維．這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)對(duì)講授高一理想氣體變化規(guī)律知識(shí)點(diǎn)也有一定輔助說(shuō)明作用．吹大的氣球敞著口不變小，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(qiáng)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，敞著口的氣球?yàn)楹尾蛔冃。驗(yàn)闅馇螂m然敞著口鼓著，但是氣球內(nèi)腔的氣體是恒定的一個(gè)大氣壓保持不變，假設(shè)氣球縮小，那么根據(jù)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(nèi)、外的氣壓差就會(huì)阻止氣球變小，所以在這種情形敞著口的氣球不會(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(dāng)延伸，有利于滿足不同層次學(xué)生的發(fā)展需求．
2飛球吸壁
許多玩具是根據(jù)物理原理設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，能呈現(xiàn)物理現(xiàn)象和顯現(xiàn)物理規(guī)律，其巧妙的設(shè)計(jì)使外觀很精美、色彩很鮮艷，呈現(xiàn)的現(xiàn)象非常神奇，對(duì)學(xué)生很有吸引力，把玩具功能擴(kuò)展為教學(xué)功能，使學(xué)生在好奇中學(xué)習(xí)物理知識(shí)．例如，用吸壁球演示大氣壓的作用．實(shí)驗(yàn)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?yàn)檫@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(yàn)方法在講授大氣壓強(qiáng)和摩擦力知識(shí)點(diǎn)時(shí)，用吸壁球做演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)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?qū)W生展示一下它的外貌，學(xué)生對(duì)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(wěn)穩(wěn)地吸在黑板上(如圖1所示);再向窗戶的玻璃上拋去，它就穩(wěn)穩(wěn)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(zhǎng)．這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生都能積極參與，便于探究、體驗(yàn)．然后引導(dǎo)學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理，學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)知識(shí)的消化也就不難了．讓學(xué)生在“玩”中學(xué)，教師指導(dǎo)得輕松，學(xué)生學(xué)得也輕松．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象剖析:當(dāng)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(nèi)的空氣擠出了一部分，塑料小吸盤(pán)在恢復(fù)形變的彈力作用下，試圖恢復(fù)原狀而使空腔欲變大，這樣塑料小吸盤(pán)內(nèi)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(nèi)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(shè)吸壁球與豎直平面的靜摩擦因數(shù)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(nèi)，使小吸盤(pán)內(nèi)的氣壓p1不斷變大，隨著p1的增大，最大靜摩擦力FM逐漸減小，最終當(dāng)FM接近G時(shí)，吸壁球掉落下來(lái)．
3一張報(bào)紙的力量
報(bào)紙是一種常見(jiàn)的學(xué)習(xí)資料，用報(bào)紙做實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有特別的新鮮感，筆者用報(bào)紙做實(shí)驗(yàn)的接近10個(gè)，用報(bào)紙演示大氣壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)就是其中的一例．實(shí)驗(yàn)器材幾根約1m長(zhǎng)的同規(guī)格木板條、一張大報(bào)紙、小鐵錘先把一根長(zhǎng)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(guī)格的長(zhǎng)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(bào)紙，把這張報(bào)紙覆蓋鋪在平整的桌面及木板條上，用手把報(bào)紙抹平，使報(bào)紙盡可能貼近桌面．然后舉起你的右手對(duì)準(zhǔn)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(bào)紙和木板條紋絲不動(dòng)．精彩的實(shí)驗(yàn)效果、鮮明的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比，不僅給學(xué)生留下深刻的印象，而且激起學(xué)生強(qiáng)熱的探究欲望:為什么報(bào)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?yàn)榇髿鈮簭?qiáng)是每平方厘米1千克(力)，一張報(bào)紙上的大氣壓力非常之大．雖然報(bào)紙的上下表面都存在大氣壓力，但是在極短的時(shí)間內(nèi)要使報(bào)紙?zhí)鹕韥?lái)，上表面的大氣壓力就顯現(xiàn)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(duì)水里有較大的壓力或阻力還是有一定的感性認(rèn)識(shí)的，但對(duì)大氣壓強(qiáng)的存在及其數(shù)值較大缺乏認(rèn)識(shí)，這有幾方面的原因:一是空氣的密度相對(duì)于水的密度要小得多，因此人們對(duì)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(nèi)、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(duì)大氣壓的感受認(rèn)識(shí);三是我們看到的周圍物體運(yùn)動(dòng)速度都是比較小的，氣體的流動(dòng)又比較快，因而對(duì)因運(yùn)動(dòng)而表現(xiàn)大氣壓對(duì)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似“一張報(bào)紙的力量”的實(shí)驗(yàn)．把一個(gè)較輕、較大又較硬的薄片沿著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?cè)诮o學(xué)生演示創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的目的，不是完全為了滿足學(xué)生的感受刺激，而是要用新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而使學(xué)生全神貫注地投入學(xué)習(xí)環(huán)境中．教師不僅要把演示實(shí)驗(yàn)做得精彩，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原理分析明了，使學(xué)生理解現(xiàn)象的本質(zhì)，捷徑地掌握新知識(shí)，并且在技能上、創(chuàng)新思維有所提高．
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