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由于氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理屬于微觀內(nèi)容，學(xué)生很難對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)形成直觀的體驗(yàn)，使得這一概念成為教學(xué)中的難點(diǎn)。教學(xué)中常常使用“雨滴打在傘上”這一例子來(lái)解釋氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理，將雨滴等效為運(yùn)動(dòng)的氣體分子，希望學(xué)生能夠通過(guò)觀察傘面的形變類比氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不易觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，故筆者同樣依據(jù)等效替代這一物理核心思想，對(duì)模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生機(jī)理的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

1實(shí)驗(yàn)原理

該教具針對(duì)氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生機(jī)理不易觀察的問(wèn)題，采用乒乓球模擬氣體分子的運(yùn)動(dòng)，將其在水桶內(nèi)無(wú)規(guī)則的撞擊桶壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)等效看作氣體壓強(qiáng)。由于影響氣體壓強(qiáng)的主要因素在宏觀上表現(xiàn)為氣體體積與環(huán)境溫度的變化，所以本裝置通過(guò)用乒乓球的數(shù)量表示氣體體積的大小，用離心風(fēng)機(jī)風(fēng)速的大小模擬環(huán)境溫度的高低。通過(guò)固定在桶壁上的壓電陶瓷片將桶壁的振動(dòng)情況采集到示波器中，學(xué)生通過(guò)觀察示波器中波形的變化，體會(huì)不同情況下氣體壓強(qiáng)的變化情況。

2實(shí)驗(yàn)裝置及器材

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。實(shí)驗(yàn)器材：乒乓球若干、壓電陶瓷片、廢舊飲水機(jī)水桶、離心風(fēng)機(jī)、脈寬調(diào)速器、示波器。離心風(fēng)機(jī)及脈寬調(diào)速器參數(shù)見(jiàn)表1、2。

3實(shí)驗(yàn)步驟

3.1實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

將乒乓球放入水桶內(nèi)，連接離心風(fēng)機(jī)。開啟離心風(fēng)機(jī)并啟動(dòng)示波器，將波形調(diào)至適當(dāng)位置。

3.2空白對(duì)比實(shí)驗(yàn)

當(dāng)開啟離心風(fēng)機(jī)而桶內(nèi)無(wú)乒乓球時(shí)，示波器波形無(wú)變化，為一條橫向直線。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)論

4.1體積、溫度（風(fēng)速）一定

（1）氣體分子數(shù)較少（一個(gè)乒乓球）時(shí)，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無(wú)規(guī)則的變化曲線；

（2）氣體分子數(shù)較多（3個(gè)乒乓球）時(shí)，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較多，示波器顯示波形的平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無(wú)規(guī)則變化的曲線。

4.2體積、氣體分子數(shù)一定

（1）溫度（風(fēng)速）較低時(shí)，乒乓球撞擊桶壁的次數(shù)較少，示波器顯示波形為平均振幅較小、變化次數(shù)較少的無(wú)規(guī)則的變化曲線；

（2）溫度（風(fēng)速）較高時(shí)，乒乓球撞擊桶壁次數(shù)增多，示波器顯示波形平均振幅增大、變化次數(shù)增多，仍為無(wú)規(guī)則變化曲線。

5設(shè)計(jì)特色

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最大亮點(diǎn)是使用等效替代的方法將不易觀察的氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生機(jī)理具體化，有助于學(xué)生觀察理解現(xiàn)象，同時(shí)也達(dá)到激發(fā)興趣培養(yǎng)能力的目的。

（2）實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)符合物理實(shí)驗(yàn)中控制變量的原則，可通過(guò)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)來(lái)具體分析影響氣體壓強(qiáng)的幾個(gè)因素。

（3）實(shí)驗(yàn)主要器材取自生活中常見(jiàn)的事物，體現(xiàn)了物理源于生活的本質(zhì)。

（4）實(shí)驗(yàn)裝置具有操作簡(jiǎn)便且安全、現(xiàn)象明顯的特點(diǎn)。

6小結(jié)

等效替代法作為中學(xué)物理教學(xué)的核心思想之一，是迅速解決物理問(wèn)題一種有效手段。通過(guò)等效替代法能夠在保證效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問(wèn)題和物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為等效的、簡(jiǎn)單的、易于研究的物理問(wèn)題和物理過(guò)程來(lái)研究和處理。教師通過(guò)運(yùn)用等效替代法，將教學(xué)過(guò)程中遇到的不易表達(dá)的知識(shí)內(nèi)容，轉(zhuǎn)化為學(xué)生易觀察、易思考的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這種方式不僅能有效提升教學(xué)效果，同時(shí)也為教師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新提供了思路。