半杯水做覆杯实验.doc

半杯水做覆杯实验.doc1 半杯水做覆杯实验摘要: 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;覆杯实验中图分类号: 文献标识码: A 文章编号: 1003-6148 ( 2016 ) 11-0055-2 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 2 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ρ ghS , 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=ρ gh(2) 由(