玻意耳定律（习题课）

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1、用水银封住空气的竖直玻璃管倒转后——探讨一堂习题课的设计思路题设问题，长期以来都作为例题或习题，编在我国高中物理课本中。它既能帮助学生正确理解气体状态变化时产生各种现象的原因，又可加深认识气体实验定律之一的玻—马定律的实质，还对学生分析和解决实际问题能力的提高有较大的作用。本文将从玻璃管倒转后出现的一系列现象入手，探讨一堂习题课的设计思想和教学路子，就教于同行们。一、问题的提出研讨问题，尽可能让学生有实物感，从而培养他们养成联系实际思考问题的习惯。为此，我们首先向学生展示一支用水银封住了空气的开口向上的竖直玻璃管，紧接着提出问题，请同学们设想在倒转后将

2、会出现哪些现象？这一实际问题，要求学生凭他们已掌握的知识和实践经验去设想，可以锻炼学生对即将发生的物理现象的想象力和预见性。二、实验验证物理学是一门实验科学，研究问题尽可能从实验入手，在学生们对自己的设想渴求验证之际，应该立即让他们亲手去做实验，亲眼看一看玻璃管倒转后可能出现的现象：１、水银未流出，气体体积发生变化；２、水银部分流出，且气体体积也有变化；３、水银全部流出。教学的这一环节，要注重贯彻物理教学中从现象到本质的基本方法，让学生知道，各种物理现象都直接与教学所描述的规律相吻合，与研究的问题相联系。这是因为同一个物理规律往往可以解决多种不

3、同物理现象的问题。三、引导探索学生观察了倒转后的物理现象，随即要求学生分析上述现象产生的条件和原因。通过实例分析，引导学生逐步明白自然界出现的各种现象，都有它的必然性，都在受到各种自然规律的支配。从而激发学生对大自然的各种现象感兴趣，并且有志于对它进行研究和探索。实例选用高中《物理》甲种本第二册第４４页练习二第５题：在书上的图３—２中，水银柱长度为１９厘米，大气压为７６０毫米汞柱。玻璃管是粗细均匀的。玻璃管开口向上竖直放置时，被封闭的气体柱长１５厘米，当开口向下竖直放置时，被封闭的气体柱的长度是多少？〔分析〕由题意可知，气柱质量恒定，将在等温条件

4、下发生变化。因玻璃管长度未知，需对开口向下竖直放置时水银是否流出作出讨论。〔解答〕本题按下列两种情况解答：１、设玻璃管足够长，当开口向下竖直放置时，水银不流出。由玻—马定律ｐ1Ｖ2＝ｐ2Ｖ2有９５×１５Ｓ＝（７６－１９）ｌxＳ得lX=（厘米）可知：当管长ｌ≥（２５＋１９）（厘米）＝４４（厘米）时，水银在玻璃管开口向下时，不会流出，被封闭的气体柱长度ｌX为２５厘米。２、若３４厘米≤管长ｌ＜４４厘米时，玻璃管开口向下竖直放置时，设留在管内水银柱长为ｙ。当ｌ＝３４厘米时由玻—马定律ｐ1Ｖ1＝ｐ2Ｖ2有９５×１５Ｓ＝（７６－ｙ）（３４－ｙ）Ｓ有ｙ2－１１０ｙ＋１

5、１５９＝０解得ｙ1＝１１。８厘米　　ｙ2＝９８。２厘米……（不合题意）可见水银柱将流出１９－１１。８＝７。２（厘米）气柱长为３４－１１。８＝２２。２（厘米）可知：当３４厘米≤管长ｌ＜４４（厘米）时，被封闭气柱长度将为２２。２厘米≤ｌ气柱＜２５厘米，水银将部分流出，且流出量≤７。２厘米。四、深入研究习题课不能以解决了例题为结束，而应在解透了例题的基础上，引导学生进一步改变题目的条件或形式，深入讨论将会引起的变化和结果。这样，对深入了解问题的物理过程及其变化规律，都将是非常有益的。学生经过深思，将会提出一些值得研究的问题：在上例中，不论管长怎样

6、变化，按照题设条件，开口向下竖直放置时，水银柱最多流出长度７。２厘米。那么，在什么情况下，翻转玻璃管，可使封闭气柱的水银流出一定长度，乃至全部流出呢？此时，教师可协助学生把提出的问题，编成习题，再请学生去解答：下面是编出的两道习题：一、粗细均匀的一端封闭、一端开口的玻璃管，使它开口向上竖直放置，长度为１２厘米的水银柱将一段空气柱封闭在管内，水银面与管口相平，大气压强为７５厘米汞柱高。现将管子轻轻倒转，使管口向下竖直放置，有一半水银流出，则细管长Ｌ为多少如果要使水银全部流出，细管长Ｌ必须满足什么条件？二、一端封闭的长为Ｌ的玻璃管开口向上，管内先有一段

7、水银柱（如图１所示），然后怎样才能继续将水银灌成与管口相齐（如图２）？如果管的粗细是均匀的，实验时外界大气压强为Ｈ0。问当管长Ｌ满足什么条件，（１）将玻璃管翻转前，继续灌水银时（少量），水银不会流出管外？（２）将玻璃管翻转，使其开口向下时，管中水银将全部流出管外？通过一堂习题课，使学生经历了下列教学过程：问题、实验、例题引导、应用研究、教给学生在获得知识中学会再学习的方法。可以收到解透一道题，用活一个定律，学会一套分析研究问题方法的良好效果。原稿《物理教师》１９８６年第３期　L图2图1