自制教具對“燒瓶吞蛋”實驗改進與創(chuàng)新

溫 敏 毛建平 徐曉梅

（云南師范大學物理與電子信息學院，云南 昆明 650500）

新奇有趣的演示實驗能將學生在日常生活中難以見到的或是與學生經驗相抵觸的物理現(xiàn)象和過程展示在學生眼前，使學生獲得豐富的感性知識，形成鮮明的表象，為建立正確的物理概念、認識物理規(guī)律奠定基礎［1］.物理教材中已編入了大量的演示實驗，但有些實驗因自身設計或實際教學條件的局限，效果還不夠理想，需要教師在教學過程中對這些實驗進行改進、創(chuàng)新，使實驗更真實形象、生動有趣.在教授 “大氣壓強”［2］時，很多教師會做“燒瓶吞蛋”實驗來證明大氣壓強的存在，學生覺得這個實驗精彩有趣，但這個實驗還存在實驗時間較長、雞蛋不能重復利用等不足，我們自制教具對此實驗進行了改進與完善，并利用現(xiàn)有資源進行實驗創(chuàng)新.

1 兩次改進“燒瓶吞蛋”實驗

圖1

先簡單介紹一下“燒瓶吞蛋”實驗［3］：將一張點燃的紙片扔進燒瓶中，再拿一個比燒瓶的瓶口略微大一點的去殼熟雞蛋堵在燒瓶口上，燃燒的紙片熄滅后，我們可以看到雞蛋會漸漸地被燒瓶“吞”了進去，如圖1.這個實驗能演示大氣壓強的存在，但還存在以下不足：此實驗不能顯示大氣壓強的持續(xù)作用效果；不容易找到與瓶口大小接近的雞蛋；紙片燃燒后瓶內外壓強差不大，“瓶吞蛋”過程所需時間較長，雞蛋有可能會卡在瓶頸中，導致實驗失??；實驗結束后，很難將雞蛋完好無損地從燒瓶里拿出，如采取甩、夾、挖等辦法，雞蛋弄出來后也是爛的，不能重復利用，就算能完整弄出，雞蛋會變干變質，不能備著后用；燒瓶是玻璃制品，操作不當容易弄破.為了克服上述實驗的不足，我們自制教具設計了兩個實驗來改進與完善“燒瓶吞蛋”實驗.

1.1 用高筒玻璃杯和小氣球做“杯吞球”實驗

先將小氣球吹到比玻璃杯口稍大些，用線綁好，在玻璃杯內倒入大半杯8 0℃左右的熱水，約1 5s后將杯中水倒出，迅速將已吹好的氣球豎堵在玻璃杯口上，我們會發(fā)現(xiàn)，玻璃杯在短時間內將氣球“吞”了進去，如圖2；如果用濕冷的毛巾包在玻璃杯周圍，玻璃杯“吞”氣球的速度更快.為什么會這樣呢？因為倒入杯里的熱水溫度較高，排出了杯內大部分空氣，隨著杯內氣體溫度逐漸降低，杯內的水蒸氣液化成了小水珠，使得杯內外氣壓差迅速增大，所以氣球能在短時間內被“吸”入玻璃杯中；如用濕冷的毛巾包在玻璃杯周圍，加速降低杯內氣體的溫度，能縮短實驗時間.

圖2

實驗優(yōu)點：氣球進入玻璃杯的過程中，能更直觀、精彩地演示了大氣壓強的存在和持續(xù)作用，更有趣的是，當用手提起氣球上下運動、左右搖晃時，玻璃杯也會隨氣球上下運動、左右搖晃而不會掉下來，也顯示了大氣壓強的持續(xù)作用效果；高筒玻璃杯和氣球都容易找到，成本低，氣球大小也很容易根據(jù)玻璃杯的口徑大小來調節(jié)；熱水倒出后，杯內外氣壓差較大，縮短了實驗時間，增強了實驗效果；實驗后氣球很容易從玻璃杯中拿出，能重復使用；實驗過程對教室內的空氣沒有污染；學生在家也很容易操作這個實驗.

不足之處：實驗用的玻璃杯不能太重，否則玻璃杯不能被氣球提起；玻璃杯易碎，實驗時須小心.

1.2 大飲料瓶替代玻璃杯做“瓶吞球”實驗

在大飲料瓶內倒入大半瓶7 0℃左右的熱水，約1 5s后將瓶內的水倒出，迅速將氣球嘴緊套在飲料瓶口上，我們會發(fā)現(xiàn)，飲料瓶會變癟，氣球也很快被“吞”進飲料瓶，隨后快速膨脹變大，最后大小不變，如圖3；如果用手擠壓瓶身，氣球大小會隨之發(fā)生變化.為什么會這樣呢？因為瓶壁較薄，瓶內氣體的溫度下降較快，瓶內氣壓迅速變小，瓶內外氣壓差快速增大，氣球迅速的膨脹變大，同時又因飲料瓶的材質較軟，瓶身會隨之變癟，瓶內氣壓又會逐漸增大，氣球變大的速度又逐漸變慢，最后不再變大；用手擠壓飲料瓶時，瓶內氣壓會隨之變大或變小，氣球內外的氣壓差也隨之變大或變小，氣球大小也就隨之變大或變小.

實驗優(yōu)點：實驗既可演示大氣壓強的存在，也顯示了大氣壓強的持續(xù)作用效果，實驗的直觀性、趣味性、可操作性較“杯吸球”實驗提高；大飲料瓶比高筒玻璃杯更容易找到，成本更低，屬廢物利用，很方便學生在家做；實驗結束后，氣球能取下來留作后用；飲料瓶材質是塑料的，很耐用.

不足之處：實驗用的熱水溫度不能太高，否則會把飲料瓶燙得變形；大飲料瓶材質軟，實驗時隨著瓶內溫度的降低，瓶身會發(fā)生較大的形變，瓶內氣壓增大，這樣氣球不能膨脹得較大，影響實驗的可觀性；由于飲料瓶口較小，如果氣球口被套歪了，氣球容易被瓶口擋住而使實驗受阻.

圖3

解決辦法：實驗前應選用硬質、口徑稍大的飲料瓶，如圖4.由于硬質飲料瓶既能耐更高溫也不易變形，瓶內氣球能膨脹到半個飲料瓶大；由于瓶口大，就算氣球套得有點歪，氣球也不容易被瓶口擋住，實驗操作更順利，用時更短，實驗效果更清楚直觀.

這兩個改進實驗都是利用身邊低成本、可重復利用的、家庭化的資源進行組合創(chuàng)新，增強了演示實驗的直觀性、可觀性、趣味性，提高了演示實驗的可操作性和成功率，推廣性強.改進后的實驗更接近學生的生活情景、社會情景，使教學內容更真實、親切，實現(xiàn)了“從生活走向物理”的理念，提高了學生的學習興趣，使學生感到身邊處處有物理，逐漸形成運用物理知識解決“生活”問題的思維方式，提高學生的科學素養(yǎng).

圖4

2 利用現(xiàn)有實驗資源進行實驗創(chuàng)新

2.1 利用“杯吞球”實驗的資源進行創(chuàng)新

（1）演示摩擦力實驗.

玻璃杯“吞”氣球后，拉著綁繩將氣球向上提起，氣球會被拉長，且從上到下逐漸增大，玻璃杯也會隨氣球被提起來；當手提氣球在空中上下運動，左右搖晃時，玻璃杯也會隨氣球上下運動、左右搖晃而不會掉下來，如圖5.為什么會這樣呢？

因為氣球被“吸”進玻璃杯后發(fā)生了形變，氣球表面也不光滑，氣球受到繩子向上的拉力，氣球相對杯子有向上運動的趨勢，這樣氣球就受到玻璃杯對它的向下的摩擦力，與氣球向下變大的方向相同，由于力的作用是相互的，玻璃杯也會受到氣球對它向上的摩擦力，能平衡玻璃杯所受的重力，所以玻璃杯仍能隨杯子一起運動而不會掉下來.

圖5

（2）演示“倒吸”氣球實驗.

將氣球吹到比玻璃杯口稍大些并綁好，然后在玻璃杯內倒入大半杯8 0℃左右的熱水，約1 5s后將杯中水倒出來，立即將杯口緊密地倒扣在氣球上，杯子很快就將把氣球緊緊抓住并吸入杯中，如圖6；改變杯口方向，重做上述實驗，杯子都會將氣球牢牢抓住并吸入其中.為什么會有這樣的現(xiàn)象發(fā)生呢？

因為隨著玻璃杯內的空氣漸漸冷卻，杯內的氣壓變小，杯內外的氣壓差變大，這樣氣球就被杯子 “吸”了進去；此實驗不僅演示了大氣壓強的持續(xù)作用效果，也演示了各個方向都存在大氣壓強.

2.2 利用“瓶吞球”實驗的資源進行創(chuàng)新

（1）演示“吹不大”的氣球及定性驗證玻-馬定律.

圖6

當飲料瓶內的氣球不再變大時，對氣球吹氣，氣球會逐漸變大，隨著氣球越來越大，就會感到越來越費勁，當氣球吹大到一定大小后就不能再吹大了，氣球似乎變成了一個“吹不大”的氣球，如圖7所示.為什么會這樣呢？

因為氣球套住飲料瓶口后，瓶內氣體就被封閉起來了，隨著嘴向氣球吹氣，氣球內的氣壓變大，氣球就逐漸膨脹變大，同時瓶內密閉氣體的體積就逐漸變小，瓶內氣壓就會逐漸增大，這就導致了氣球越大吹起來越費勁，當氣球內的氣壓與瓶內氣壓相同時，氣球就不再變大了.

圖7

如果實驗前將飲料瓶浸入裝有足夠多自來水的透明水槽中，重做上述實驗，也會發(fā)生同樣的現(xiàn)象.由于瓶身浸在水中，實驗時瓶內密閉氣體的溫度就能保持不變，隨著氣球的膨脹變大，瓶內氣體的體積減小，瓶內氣壓增大，這就定性地驗證了玻-馬定律（p V＝常量）.

（2）演示“縮不小”的氣球.

先用釘子在飲料瓶的底部鉆一個小孔，再往氣球里面吹氣，氣球會很快膨脹變大，最后氣球差不多會占了大半個飲料瓶的空間，這時用手將瓶底的小孔堵住，并停止向氣球吹氣，且讓氣球口敞開，我們會發(fā)現(xiàn)，氣球會逐漸變小，最后大小保持不變，氣球似乎成了一只“縮不小”的氣球，如圖8.為什么會有這樣奇怪的現(xiàn)象呢？

由于瓶底有孔，瓶內與外界連通，瓶內氣壓與外界大氣壓相等.當用嘴對氣球內吹氣時，氣球內的氣壓增大，且大于瓶內氣壓，氣球就會快速的膨脹變大；當停止向氣球吹氣并用手指堵住瓶底小孔后，由于氣球口是敞開的，氣球內有些氣體會跑出來，氣球內的氣壓就會減小，氣球也隨之變小，當氣球內的氣壓減小到與外界的大氣壓強相同，氣球就不再變小了.

（3）演示紅色“噴泉”實驗.

在裝滿水的大燒杯中滴入幾滴紅墨水攪勻，將配好的紅水倒入“縮不小”的氣球，直至灌滿為止，然后迅速移開堵住瓶底小孔的手指，頃刻氣球里的水會從氣球里“噴”出來，形成氣勢洶涌的紅色大“噴泉”，噴泉持續(xù)時間較短，如圖9；用釘子在飲料瓶蓋上打個吸管口大小的洞，插入吸管，然后將此瓶蓋蓋緊飲料瓶口，重做上述實驗，就會形成細高的紅色“噴泉”，噴泉持續(xù)時間較長；如果在瓶蓋上規(guī)則的打多個洞，插上再細點的吸管，重做上述實驗，實驗時配上音樂，就會形成有特色的紅色音樂“噴泉”，如圖1 0，為什么會有這樣有趣的現(xiàn)象呢？

圖8

圖9

圖10

因為在氣球里灌滿水后，氣球又會變大，瓶內氣體的體積又變小，使得瓶內氣壓又增大，當迅速移開堵住瓶底小孔的手指后，在較短的時間內，大量的空氣通過瓶底小孔迅速進入瓶內，使瓶內氣壓在短時間內迅速增大許多，這樣瓶內氣壓與外界氣壓在短時間內產生較大的向上的氣壓差，這樣氣球內的水就會在氣壓差的作用下被擠出來而形成“噴泉”.

利用現(xiàn)有的實驗資源進行深加工，創(chuàng)造性的開發(fā)出更多新奇有趣的實驗，實現(xiàn)了一物多用、廢物利用，既提高了資源的利用效率，最大限度地挖掘現(xiàn)有資源的實驗功能；也提高了利用資源為教學服務的能力與水平，提升了實驗教學的效益，實現(xiàn)了實驗資源教育教學價值的最大化.

1 魏日升，張憲魁.新課程中學物理教材教法與實驗［M］.北京：北京師范大學出版社，2006：73.

2 中華人民共和國教育部.義務教育課程標準試驗教科書九年級物理［M］.第3版.北京：人民教育出版社，2006：86.

3 黃國雄.重新發(fā)現(xiàn)物理實驗——中學實驗資源開發(fā)利用的理念與教案［M］.北京：高等教育出版社，2007：89.