托里拆利定理

Ｃｈｉｎａ　Ｅｄｕｅａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ＆Ｆ￣ｕｉｍｎｅｎｔ　苎鱼　ＺＨｕＡ　６　ＢＥＩ　ＢＯ　ＵＮ　托里拆利实验仪的改制　托里拆利实验是研究大气压强大小的一个著名实　验，是由意大利物理学家托里拆利在十七世纪中叶完　成的　在长约ｌｍ、一端封闭的玻璃管里灌注水银．将管　口用手指堵住，然后倒插在水银槽中，放开堵住管口　的手指后，管内水银面下降一些后就不再下降了，这　时，管内外的水银面的高度差即为大气压强的值，约　１０　Ｐ丑　初中物理课本第一册第　一章第一节《大气的压　强》在研究大气压强有多大时，引用了这个实验：但在　实际教学过程中，常常会遇到这样几个问题：　玻璃　管中不能完全灌满水银，用手指堵塞管口时，也不能　完全堵死，玻璃管中存有空气，不完全为真空，这样，造　成较大的实验误差；②水银及水银蒸气是剧毒物品，对　人身体健康有害，而在实验过程中，向玻璃管中灌注　水银时，水银常会洒落许多，用手指堵塞管口，伸人水　银槽中．都有损师生的身心健康；⑧给细长的玻璃管　中灌注水银，并倒来倒去，既费时叉费力，特别是我校　平行班级较多，一不小心还容易折断玻璃管　为此，本　人设计制作了这件托里拆利实验仪，演示托里拆利实　验，效果明显，操作简单，快捷安全。　１基本结构　托里拆利实验仪是由支架、　底座Ａ、装有水银的封闭玻璃瓶　Ｂ、玻璃管Ｃ、带漏斗的“Ｕ］”型　玻璃管Ｄ、夹子Ｅ、直尺Ｆ，Ｇ和　指针Ｈ以及橡皮管Ｉ，Ｊ，Ｋ组　成，如图ｌ所示。　２制作方法　支架．底座Ａ：利用原托罩　拆利实验中的支架和底座，去掉　底座上的水银槽即可。　玻璃瓶Ｂ：在厚广口瓶中装　三　！　三　三　三　！　｛　；　：　§　｛　入适量的水银，用橡皮塞塞紧。　图　托里拆利实验仪　取一段长约１０Ｃｎｌ、直径０，８　ＣＩｌ的塑料管穿过橡皮塞　插人瓶内水银中，距瓶底约ｌｃｍ左右；另取一段长约５　ｇｉｌｌ、直径０．８　ＣＩｌ的玻璃管在酒精灯Ｅ弯成“Ｕ］　型，一　口谷绍军　端穿过橡皮塞插人瓶中，距水银面约１ｃｍ左右，另一　端与橡皮管Ｋ相接。瓶口用凡士林密封，如图２ａ所　不　玻璃管Ｃ：取长约６０　ｅｌｌｆｉ、直径０．８　ＣＩｌ的玻璃管，　一端通过橡皮管Ｊ与玻璃管Ｂ中的塑料管相连，固定　在直尺Ｇ上　“Ｕ］”型玻璃管Ｄ：取一支长颈漏斗，在酒精灯上　将颈部弯成“Ｕ］　型，通过橡皮管１与玻璃管ｃ相连，　如图２ｂ所示，固定在直尺ｃ上。　直尺Ｆ：取最小刻　度为厘米的米Ｒ一根，　在０～２ｅｉｌ处和６～８　ｅｉｌ　处开两个宽约０．５　ＣＩｌ　的槽，用螺丝固定在支　架上　直尺Ｃ：取最小刻　度为厘米的米尺一根，　将０～７　ＣＩｌ段截去，在　ａ　ｂ　图２封闭玻璃瓶和Ｕ］型玻璃管　１０　ＣＩｌ处打一个直径０，５　ｃｍ的孔，用螺丝固定在支架　上　指针Ｈ：取２　ｃｒｕｘ５　ｃｌｎ的铝合金一块，弯成“　”　型夹在直尺Ｆ上，一端用螺丝固定，另一端焊接一根　长约２０ｅｉｌ、直径０．１　ｃｍ的铜丝。为了观察效果更显　著，铜丝涂成红色。　橡皮管１，Ｊ，Ｋ：分别取长约６　ｃｌｎ．１２　ｃｍ、２０ｃｍ、直　径０．８　ｃｍ的橡皮管即可。　３使用方法　实验时，松开橡皮管１处的夹子Ｅ，以两用气筒从　橡皮管Ｋ向玻璃瓶中打气加压，瓶中水银将沿玻璃管　上升至漏斗中，停止打气，将夹子Ｅ夹紧，松开打气筒　后，可观察到玻璃管中的水银面下降一段距离后，就　不再下降了，。移到指针Ｈ，从直尺ｃ和直尺Ｆ上读出　玻璃管内外水银面的高度，其差值即为大气压强的值。　倾斜直尺Ｃ，可观察到玻璃管中水银柱的长度不　断增加（直尺ｃ的读数增加），但直足Ｆ的读数保持不　变，即管内外水银面的高度差依然保持不变。　中国鞋青技木装备２００＇２

第３６卷第１１期　２０１６年１１月　物　理　实　验　ＰＨＹＳＩＣＳ　ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ　Ｖｏ１．３６　ＮＯ．１１　Ｎｏｖ．。２Ｏ１６　

托里拆利实验的改进　王祥委，段娟娟，彭朝阳　（云南师范大学物理与电子信息学院，云南昆明６５０５００）　摘　要：对传统的托里拆力实验进行了改进，用输液管代替玻璃管，避免了玻璃管易损造成的危害，通过注射器改变　密闭水银中的气压，较大程度地避免了接触水银的危害，同时，用含硫的海绵减弱装置中的空气流速，有效地减缓了水银　的挥发，并利用硫的强还原性控制银与空气的接触，减弱水银对环境的危害，通过观察水银柱的变化得出结论．　关键词：托里拆利实验；水银；注射器　中图分类号：Ｇ６３３．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—４６４２（２０１６）１１－００４５—０２　１　问题的提出　２　器材及装置图　地球被厚厚的大气层包围着，因此，地面上的　大气压就“无处不在”．但人们却感知不到大气压　的存在，就更别谈知道大气压究竟有多大了．直　到１７世纪中叶，著名的意大利物理学家托里拆利　利用实验将大气压转换成水银产生的等大压强，　揭示了大气压的存在，并测出了大气压强的数值　约为１．０１３×１０　Ｐａ．后人为了纪念这位伟大的　科学家，就把该实验命名为“托里拆利实验”．　人民教育出版社课程教材研究所编写的８　年级物理（下册）＿】　第９章第３节“大气压强”中对　托里拆利实验做了详细介绍．但在教学实践中，按　教材中介绍的实验方式做实验存在诸多弊端．李　宽迎认为每次实验都要重新灌注水银，劳神费力，　教师手指接触水银，令人望而生畏＿２］；刘有全指出　往托里拆利管里不易注满水银，容易形成气柱，排　出气柱比较困难，有时需要经过多次反复才可能　成功＿３　；姜庚祥指出在实验中稍有不慎就有水银　散落，会造成有毒的水银蒸汽污染教室环境＿＿４　；谷　绍军则指出多个班级重复演示时准备过程麻烦，　容易折断玻璃管ｌ＿５］．笔者还发现按照教材介绍的　托里拆利实验步骤进行实验难以解释“玻璃管内　水银柱的高度为什么能代表大气压强的大小”．　笔者在教材介绍的实验装置和其他人改进的　装置的基础上做了进一步的改进和完善．　实验装置图如图１所示．实验器材：注射器　（３支）、输液管（托里拆利管）、刻度尺、含有硫的　海绵、铁架台．　

做托里拆利实验时，注意以下问题：

1. 玻璃管的粗细对实验有影响么？

没影响。

2. 向上提或者向下压玻璃管会出现什么现象？对实验有影响么？

没有现象，水银柱高度不变，没影响。

3. 玻璃管倾斜时，什么现象？

水银柱高度不变，长度变长。

4. 不小心使玻璃管内进入少量空气，有影响么？

有影响，此时水银柱上面不再是真空，会使水银柱高度变小，使得测量值比实际大气压的值偏小。

5. 若在玻璃管上端开个小口，水银会喷出么？

不会，此时管内水银立即下降，高度差变为0.

6. 若外界大气压发生变化，有影响么？

有影响。

7. 向水银槽里再注入水银，使液面上升2cm，有影响么？

没有影响，水银柱高度不变。

托里拆利实验结论

一、背景介绍

托里拆利实验是指由美国心理学家托里拆利（Torricelli）于1643年进行的一项实验，它被认为是空气压力研究的开端。该实验通过将水银注入一个长而细的玻璃管中，然后将其倒立于一个水池中，测量了水银柱的高度。这项实验揭示了空气压力与海平面高度之间的关系，并为后来发展出大气压力计奠定了基础。

二、实验过程

1. 实验器材：玻璃管、水银、水池；

2. 实验步骤：

（1）将玻璃管用一端封闭，另一端开口，并且足够长；

（2）将开口处放入水池中，保证封闭处不接触水面；

（3）用注射器或吸管向开口处注入适量的水银；

（4）观察到水银柱在玻璃管内上升，并最终停留在一个高度处；

（5）测量该高度。

三、实验结论

1. 空气有重量。

2. 空气对物体产生压力。

3. 大气压力随海平面高度而变化。 4. 大气压力可以用水银柱的高度来测量。

四、实验意义

1. 托里拆利实验揭示了空气压力与海平面高度之间的关系，为后来发展出大气压力计奠定了基础。

2. 该实验为后来研究天气、气象学等领域提供了基础数据，对人类的生产和生活有着重要意义。

3. 托里拆利实验也为科学家们深入探究大气压力和空气动力学提供了思路和方法。

五、实验存在的问题与改进

1. 实验过程中需要使用水银，但水银是一种有毒物质，对人体健康和环境造成危害。因此，在实际应用中需要寻找替代品。

2. 实验过程中需要使用玻璃管，但玻璃管易碎且成本较高。因此，在实际应用中需要寻找更加耐用且经济的材料代替玻璃管。

六、结语

托里拆利实验是一项经典的物理学实验，它不仅揭示了空气压力与海平面高度之间的关系，为后来发展出大气压力计奠定了基础，而且为科学家们深入探究大气压力和空气动力学提供了思路和方法。虽然该实验存在一些问题，但其意义依然重大。我们相信，在不断的科技进步与创新中，这些问题也将得到有效解决。