大氣壓的發現

《大氣壓的發現》是教師進修學校提供的微課課程，主講教師是孫久堯。

基本介紹

• 中文名：大氣壓的發現
• 提供學校：教師進修學校
• 類別：微課
• 主講教師：孫久堯

課程簡介

壓水唧筒比較古老，在亞里士多德之前已經知道。亞里士多德的解釋是，真空並不存在；一直到笛卡爾的著作仍持相同的觀點。兩千年來哲學家們都講過自然界厭惡虛空間。 十七世紀時，煤礦的礦井需要抽水，有人製造有很長的吸氣筒構成的抽水唧筒不能使水升高到超過約10米，伽利略聽到後感到驚訝。伽利略當時給出的解釋是厭惡真空是一種有其局限的並能被量度出來的力，“對真空的阻力”是以水柱高度來量度的。 伽利略雖然通過實驗測出了空氣的重力（密度小於水的1/400，精度不是很高）。 伽利略的這兩個概念在他的心中是分開的。 托里拆利設計了以垂直的水銀柱測定真空阻力的方案，他預料水銀柱的長約相當於水柱的1/14。“托里拆利實驗”的在1643年由維維安尼在佛羅倫斯進行的。 法國人帕斯卡1648年的裂桶實驗說明，水的壓強與水的重力無關，只與水的高度有關。他通過在地面、巴黎教堂頂塔樓、表弟的多姆山三個海拔高度重做托里拆利實驗，得出“水銀柱是單純被大氣壓支持的” 帕斯卡認為托里拆利的說明是很不完全的，他自己有必要獨立地思考現象，他的解釋是：“真空在自然辦不是不可能的，自然界不是象許多人的想像那樣如此巨大的厭惡來避開真空”，他認為水銀柱是單純地被空氣壓力提起來的。 至此“厭惡真空”被完全推翻。 現在我們來回顧“支持水柱的力”的這個漸進的認識過程，前後的技術原因。 在古希臘時代，由於製造技術的限制，支持水柱的高度遠小於10米，在水柱上方不可能出現真空。根據生活經驗，把吸管的空氣吸走之後，水馬上來補充，因此，就容易得出“自然厭惡真空”的結論。 在文藝復興時期，能夠製造出支持水柱高於10米的水管，就會在水柱上方出現“真空”，“真空”由猜想變成了客觀實在，因此必須修正“自然厭惡真空”學說，伽利略與托里拆利是採用調和權威的方式“對真空的阻力”來修正。 玻璃製造工藝的進步，托里拆利的實驗，就讓“真空”很容易地被製造出來，成為一個不爭的事實。1646年帕斯卡重做這個實驗時，進行了新的思考，認為“真空”在自然界是一種很尋常的事，因此做出了新的假說：支持水銀住的力是大氣的壓力。 通過科學史上大氣壓的發現過程，學習科學家科學探究的態度、方法與思想， 附：托里拆利實驗視頻來自人教版8年級物理下冊教參光碟。光碟檔案為VOB檔案，必須用格式工廠轉化成MP4， Camtasia 9 才能識別。

設計思路

情境一：吸食油茶花糖、吸食果汁 人們很早就在利用大氣壓，但不去探究原因 情境二：亞里士多德與抽水機 “厭惡真空”抽水機提水。 一個問題，大氣壓能支持多高的水柱。 情境三：抽水機動畫模擬 通過設計一個“理想抽水機”的實驗來“製造真空”，引出認知衝突。 從“現實中沒有真空”——“現實中存在真空”，為了調和這一認知衝突中，伽利略提出了空氣阻力的假說。 情境四：托里拆利實驗 托里拆利實驗讓產生“真空”成為尋常事。 情境五：帕斯卡的實驗 帕斯卡經過猜想與驗證得出最科學的結論，成功解釋了托里拆利實驗。 情境六：馬德堡半球實驗 蓋里克改變了依靠液體重力被動製造“真空”的狀況，設計了抽氣機，可以主動地抽掉空氣，離開水銀製造“真空”。 大氣不僅有壓強，而且壓力非常之大。 物理學的基本研究方法是“觀察和實驗”。創造實驗情境，提供觀察條件就到關重要了。 科學的本質就是在觀察與實驗的基礎上提出猜想與假設，然後經過實驗驗證。隨著技術的進步，人們觀察事物的工具與視角發生變化，呈現出的現象就更加深入，科學理論就不斷完善。 人們認識世界是一個不斷深化的探究。