巧制简易气压计_张泓筠

（ａ）基 本 结 构
（ｂ）折 叠 式 托 里 拆 利 管
图 １ 简 易 气 压 计 结 构
（ｃ）折 叠 式 托 里 拆 利 管 使 用
基金项目：本文系贵州省科技厅课题“基于超疏水表面技术的防冰 研 究”（课 题 批 准 号：黔 科 合 Ｊ字 ［２０１４］２１４７）；凯 里 学院博士专项基金（ＢＳ２０１３２９）；贵州省“１２５计划”重大科技 专 项 项 目［２０１４］０３７．信 号 与 系 统 精 品 课 程 建 设 项 目 及 黔 东 南 州中学物理教师实验培训阶段性成果．
２ 器 材 及 装 置 图 ２５ｍｍ×２００ｍｍ 试管 及 配 套 双 孔 橡 皮 塞，塑
料管（７×９ ｍｍ，长 ８０～９０ｃｍ，带 刻 度 ），铁 架 台 （带铁 夹 和 铁 圈 ），酒 精 灯，石 棉 网，水 盘，乳 胶 管 （５ｍｍ×７ｍｍ），直 角 玻 璃 弯 管 （５ ｍｍ×７ ｍｍ）， 透明胶，石蜡，甘 油 （或 硫 化 钠 溶 液 ），大 号 针 头 注 射器（容 量 ５０ ｍＬ），胶 头 滴 管，泡 沫 垫，大 号 缝 衣 针 （直 径 略 大 于 注 射 器 针 头 直 径 ），细 长 钢 丝 ［１０００ｍｍ左 右，一 端 弯 成 圆 环 形 （直 径 略 小 于 塑 料 管 内 径 ）呈 燃 烧 匙 状 ］．装 置 如 图 １（ａ）、（ｂ）和 （ｃ） 所示．
（１０）将整套 装 置 竖 直 固 定 在 铁 架 台 上，用 止 水夹夹住弯 管 上 的 乳 胶 管；不 用 时 可 将 其 从 铁 架 台上 取 下 装 入 专 用 的 长 方 形 木 箱 避 光、避 高 温 保存． ４ 使 用 方 法
（１）使用时装置要放在铁架台上并固定，只 要 取下乳胶管上的止水夹让试管内空气与外界空气 连通即可；读 数 时 大 气 压 对 应 的 位 置 是 水 银 柱 顶 端而不是甘油柱上端．
（６）用注射 器 取 甘 油 通 过 玻 璃 弯 管 注 入 试 管 中，厚度为ｈ０＝１０ｍｍ（阻挡 水 银 蒸 发 并 抵 消 塑 料 管 顶 部 等 厚 度 甘 油 产 生 的 压 强 ）．
（７）用 注 射 器 取 水 银 沿 塑 料 管 内 壁 注 入 管 中 ； 直至最后１０ｍｍ 用甘油注满，将空气全部排出（注 入时 尽 量 慢，以 免 残 留 空 气，若 有 空 气 残 留，可 插 入 钢 丝 上 下 抽 动 排 除 ）．
（２）将塑料 管 和 玻 璃 弯 管 （弯 管 角 度 应 大 于 ９０°以 便 甘 油 能 滴 入 ）分 别 套 入 双 孔 橡 皮 塞 中 ；塑 料 管口（未封石蜡端）插 入 深 度 达 到 当 塞 子 塞 上 试 管 口时能够插入 接 近 底 部 （距 底 部 约 １０ ｍｍ）；并 在 弯管上套入乳胶管．
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第 ３６ 卷 第 ７ 期 ２０１５ 年
物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
Ｖｏｌ．３６ Ｎｏ．７ （２０１５）
效地使晶状 体 变 薄，这 样 远 处 物 体 清 晰 的 像 成 在 视网 膜 前，这 就 是 近 视 眼 的 形 成 原 因．打 开 ＬＥＤ 灯且靠近液态 透 镜，挤 压 瓶 子 使 光 屏 上 呈 现 ＬＥＤ 灯清晰的 像．保 持 透 镜 的 厚 度 不 变，把 ＬＥＤ 灯 移 向远处，光屏上的像 就 变 模 糊 了，在 液 态 透 镜 前 放 置一个凹透镜，光 屏 上 重 新 观 察 到 ＬＥＤ 灯 清 晰 的 像，这 就 是 近 视 眼 的 矫 正 原 理；人 到 老 年 时，睫 状 肌变得松弛，看 近 处 物 体 时 睫 状 肌 不 能 有 效 地 使 晶状体变厚，这 样 近 处 物 体 清 晰 的 像 成 在 视 网 膜 后，这就是 远 视 眼 的 形 成 原 因．打 开 ＬＥＤ 灯 且 远 离液态透镜，调节 透 镜 的 厚 度 使 远 处 的 ＬＥＤ 灯 清 晰地 像 成 在 光 屏 上．保 持 透 镜 厚 度 不 变，将 ＬＥＤ 灯靠近透镜，光屏上 的 像 变 模 糊 了，在 液 态 透 镜 的 前面放置一个凸 透 镜，光 屏 上 重 新 观 察 到 ＬＥＤ 灯 清 晰 的 像 ，这 就 是 远 视 眼 的 矫 正 原 理 ． ３ 总 结
（８）将 塑 料 帽 套 上 塑 料 管 顶 拧 紧 ，然 后 用 吸 管 吸沸水滴塑料帽加热其内石蜡使石蜡柱上层石蜡 熔化，冷却凝固后将 针 孔 封 住，并 用 透 明 胶 将 塑 料 帽与管 上 拉 ，使 其 慢 慢 离
开 石 蜡 洞 （切 勿 露 出 瓶 内 甘 油 面 ，以 免 水 银 流 出 过 多导致试管 中 的 甘 油 或 空 气 窜 入 塑 料 管 ）让 管 中 水银慢慢流出（为控制流出量及流出速度，必要 时 还要旋紧橡 皮 塞 使 管 口 顶 住 石 蜡 洞 口，然 后 再 微 微松开 ）；水 银 流 出 一 定 量 高 出 石 蜡 面 若 干 ｍｍ 后，旋转橡皮塞控制 塑 料 管 口 位 于 水 银 面 下，让 水 银慢慢流入试管中直至最后稳定不再流出为止， 此时对应的 水 银 柱 高 度 即 为 大 气 压．进 一 步 旋 紧 塞子并用石蜡封牢塞子与试管接口周边以及塑料 管和玻璃弯 管 与 塞 子 接 口 周 边 （加 固 装 置 和 密 封 空气 以 防 蒸 汽 外 泄，特 别 是 水 银 蒸 汽，尽 管 极 其 微 小 ）．
（２）鉴于塑 料 管 较 长，不 好 放 置．若 是 临 时 教 学或其他需 要 使 用 一 下，可 用 粗 缝 衣 针 将 塑 料 管 顶部的石蜡 插 穿，让 空 气 从 上 进 入 将 水 银 放 入 试 管中，然后轻轻拧动 塑 料 管 将 其 从 橡 皮 塞 中 取 出， 并做一端部 为 锥 形 的 小 竹 棒 将 小 孔 堵 上．小 小 塑 料筒存放更为方便，可 直 接 放 入 危 险 品 柜 中．下 次 用时，只要将塑料管 插 入 原 来 位 置，下 端 插 入 水 银 中，上端用 小 段 乳 胶 管 连 接 注 射 器 可 将 水 银 重 新 吸入塑料管中，再按上述制 作 方 法 从 （７）到（１０）操 作即可．
（３）在 试 管 中 放 适 量 石 蜡 （能 盖 住 底 部 ），置 石 棉网上加热 （也 可 用 水 浴 加 热 ）使 其 平 铺 瓶 底，待 石蜡冷却凝固前将上述已套入橡皮塞中的塑料管 插入石蜡中约５ｍｍ 深，然 后 轻 轻 拧 动 塑 料 管，冷 却后将管子 取 出 （不 要 破 坏 平 整 的 石 蜡 面 ），形 成 约５ｍｍ 深石蜡洞．
（１）在 塑 料 帽 中 放 满 石 蜡 ，然 后 用 镊 子 夹 住 将 其放入用烧 杯 装 的 热 水 中 （温 度 接 近 沸 水 温 度 ）， 将石 蜡 熔 化；取 出 置 于 桌 面 上，将 塑 料 管 套 入 盖 中，石 蜡 冷 却 凝 固，塑 料 管 端 口 被 石 蜡 封 住，然 后 轻轻拧动塑 料 帽 将 其 从 塑 料 管 端 取 出；用 粗 缝 衣 针在石蜡上钻一小孔将其打穿以便后面注射水银 和甘油所用．
１ 问 题 的 提 出 大气压的 测 定 可 以 通 过 托 里 拆 利 管，或 通 过
专业 气 压 计 （水 银 气 压 计 或 无 液 气 压 计 ）来 测 定．［１－３］虽然用托里拆利管和水银能够简易直 观 地 显示大气压 的 存 在 及 其 大 小，但 每 次 教 学 时 用 同 样的 方 法 操 作 一 次，难 免 繁 琐，况 且 水 银 有 毒，每 次都要加倍小 心，以 免 弄 出 意 外．［４－５］教 学 演 示 大 气压的存在和测定大气压目的在于使学生理解， 而不完全在于测量．为 此，我 们 结 合 教 学 和 工 程 测 试需要并借鉴 已 有 简 易 气 压 计 设 ［６－７］ 计 了 一 道 简 易装置能够准确测定大气压的大小．
本实验中制作的液态透镜成功地实现了焦距
连续可调，弥补了传 统 固 体 透 镜 的 不 足．同 时 液 态 透镜还存在一些不 足 之 处，例 如，液 态 透 镜 的 光 轴 不是很稳定；成像的 质 量 不 是 很 清 晰；焦 距 的 变 化 范围不是很大等问 题．因 此，在 今 后 的 制 作 过 程 中 可做如下的改进：（１）选用密度小的透明液体作 为 透镜腔体的 填 充 介 质，降 低 液 体 的 重 力 作 用 对 透 镜光轴的影响以及使透镜的膜面下垂；（２）选用 折 射率更 高 的 液 体 作 为 可 调 焦 液 态 透 镜 的 填 充 介 质，以增大变焦范 围；（３）选 用 折 射 率 和 透 镜 腔 体 内的液体折 射 率 更 匹 配 的 弹 性 薄 膜，以 提 高 成 像 的清晰程度．
（３）事实上为了操作和存放更为方便，长直 塑 料管可 取 上、中、下 ３ 段 分 开，用 适 当 口 径 的 乳 胶 管连接（乳胶管两端与塑料管连接处要牢固，可 用 透 明 胶 加 固 ）［图 １（ｂ）］．操 作 时 可 将 上 端 塑 料 管 竖 直提起，用支 架 （与 铁 架 台 支 杆 固 定 一 起 ）支 起 来 ［图 １（ｃ）］．实 验 结 束 后 ，由 于 乳 胶 管 可 弯 曲 存 放 就 更方便了．这 样 处 理 便 于 携 带 到 野 外 高 山 上 进 行 测 试 ，但 仍 然 存 在 缺 陷 ：乳 胶 管 易 老 化 ，要 经 常 换 ．
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物 理 教 师 ＰＨＹＳＩＣＳ ＴＥＡＣＨＥＲ
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３ 制 作 方 法 水 银 易 蒸 发、氧 化 污 染 环 境，使 用 应 注 意 环
保．本文制作用甘油 液 封 隔 绝 水 银 与 空 气 接 触；制 作时应穿好 防 毒 工 作 服，戴 好 口 罩 或 面 罩 并 准 备 硫磺以待急 用，操 作 最 好 放 在 稍 大 点 的 水 盘 上 进 行 ．如 图 １（ａ）所 示 ，具 体 制 作 过 程 如 下 ．
参考文献：
１ 张晓玲，黄仪华．利用水透 镜 实 现 眼 睛 变 焦 机 能 的 模 拟 ［Ｊ］．中 小 学 实 验 与 装 备 ，２００８（６）：５０．