二 原理的确切性

（1）原理与教学中需要说明的问题要一致。有时我们需要通过对实验现象的本质（原理）的分析来说明某一教学问题，如果两者对不上号，即

原理不确切，这种情况是不允许的。

“空气多么重啊！”小实验

将一块窄长的薄木条放在桌面上，并向桌外伸出一小部分，在桌面的木条上盖一张没有洞的报纸，把报纸摆平。然后，用拳头或锤子迅速锤击木条的伸出端的部分，这时你会发现，你并没有把报纸挑到空中，而是将木条的伸出部分折断了①。这是一个很生动的实验，通常被用来说明大气压的存在。事实上木条的折断并非由于大气压压住了报纸的缘故。即使不盖报纸，只要打击迅速，木条也会折断。如果打击时很慢，在第一种情况下报纸还是要被挑起，木条也不会折断。当然，覆盖了报纸，木条更易折断。报纸的作用，仅是增加了木条在桌面上的那一部分向上运动时所遇到的阻力。

至于木条为什么会被折断，请大家在看了（或做了）上述的三个对比实验（二次快打，一次慢打）之后，自己分析解释。一个关于大气压力的实验及解释。

一个关于大气压力的实验及解释

有一道习题：取两个粗细相差很小的试管，在大试管里装满水，把小试管底朝下放在大试管里。把这种装好的两个试管倒过来，就会看到大试管里的水漫漫流出，同时小试管自动上升到大试管里，解释这个现象。

不少教学参考资料中解释说：小试管在大气压的作用下渐渐升至大试管的顶端。做这样的解释也许出于这样的考虑：小试管顶端在水中，水对顶端的压力（压强）由小试管顶端到大试管顶端这一段距离的水柱所决定， 它远小于大气压力。因此，小试管的上升主要由小试管在水外的各玻璃壁受到的大气压力所决定。

小试管的上升是否是由于大气压作用的结果呢？

假定在两试管倒过来的一瞬间成如图 3－9 所示的情况（这时刻，水和小试管还基本处于静止状态）。我们取小试管为研究对象，小试管主要受到三个力：重力 G、向上的大气压力 F1=p0S（P0 为大气压强、S 为小试管外

径截面积）、水对小试管顶部外壁的向下的平均压力 F2=pbS（pb 为小试管顶部外壁所受平均压强，可以认为是 b 点的压强）。小试管所受向上的合力为：

F=F1-F2-G

式中，G 和 F1 是恒定的，而 F2（pb）是随实验条件而变化的。

若开始时细试管插入粗试管水中的深度是 h。那么，只要水是静止或流速很小，可以认为这时大气压强在水中传递的过程中压强的大小不变， 而且各向同性。因此，小试管顶部 b 处的平均压强为：

pb=pa-ρgh=p0-ρgh

因而，

F2=（p-ρgh）S

由此得到向上的合力的大小为：

F=F1-F2-G=ρghS-G

由上式可知，在两试管倒过来的这一瞬间，如果ρghS>G，则 F>0，小试管就要向上运动；如果ρghS<G，则 F<0，小试管就要向下运动。而 hS 就是开始时小试管排开大试管中水的体积。所以，这一实验要能做成功， 必须满足的一个条件是：开始时小试管排开水的重力ρghS 要大于小试管本身的重力 G。为了使这个条件得到满足，在操作时应先将大试管差不多灌满水，再将小试管放在大试管中，使其正好浮在水中，这时ρghS=G，然后将小试管尽可能往水中按下一些，使得ρghS>G，最后迅速将两试管倒过来。若实验的初始条件选择得不当，如 h 太小或 G 太大，此实验都难以成功。

当细试管向上运动后，粗试管中的水就被排挤而流出。这时，影响小试管向上运动的因素（力）共有四个，总的效果仍使 F 保持向上，即保持小试管渐渐上升。

由上分析可见，小试管的上升，并非仅由于大气压力作用的结果（事实上，开始时大气压对小试管的压力之和是为零的）。把小试管上升的原因仅归结为大气压力对小试管的作用是不确切的。

题目所说“两管粗细相差很小”也是一个重要条件。若粗细相差较大， 即使刚开始的瞬间满足ρghS>G 的条件，但由于水迅速沿两管壁流下，因而 h 迅速减小，从而使得 F<0，小试管落下。（2）因教学需要要求出现的实验现象，就原理来讲必须是唯一的，而不应该是可能会出现的。

吸桔子水实验

用麦秆可以把瓶子中的水吸到嘴里，如图 3－10 甲所示，这是为什么？ 如果把玻璃管通过塞得很紧的橡皮塞插入盛水的瓶子里，用嘴吸玻璃管， 如图 3－10 乙所示，还能把水吸上来吗①？人吸东西，实际上是利用口腔造成一个低压区，被吸的东西在外界压强（这个压强必须大于口腔内的压强）的

作用下压进口腔，图 3－10 乙中的情况也是这样。

假设人口腔中的气压为 P1（比大气压强 P0 小一些）。在吸的过程中， 开始时瓶内的气压 p0（实际上略大于 p0）大于口腔中的气压 p1，它将把水通过玻璃管压上去，在玻璃管中上升一段距离，设上升 h，h<H（H 为瓶内

水面到口腔的高度）。这时，随着水在玻璃管中上升，瓶内空气柱体积将增大，气压将降低。如果瓶内空气在体积增大 hS（S 为玻璃管内截面）之后的气压比 P1+ρgh 大一些，那么水将继续上升；如果瓶内体积增大了 HS

后的压强比 P1+ρgH 大，那么瓶内的气压就能把水压上 H 高度而到口腔中

（这里假定 hS 的体积比口腔的体积小得多，否则水在玻璃管中上升的时候，口腔内的气压在增大）；如果不大于 P1+ρgH，那么它就不能把水压

入口腔。