瓶口缺陷“覆杯实验”探究

丁红+周新雅

[摘 要]“覆杯实验”是中学物理中验证大气压强存在的典型实验，其取材容易、操作简便、效果直观。但在传统教学中，教师都会强调杯口必须平整。为探寻杯口缺陷对覆杯实验的影响，本实验借助透明矿泉水瓶分别在满瓶水与半瓶水的场景中，通过对比瓶口缺陷与瓶口完好的实验效果，从而得出结论：在满瓶水与半瓶水的场景中，瓶口存在缺陷时实验仍能成功，且大气压强的作用效果显著。

[关键词]大气压强；瓶口缺陷；覆杯实验；满瓶水；半瓶水

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2017）32004801

覆杯实验是中学物理中验证大气压强存在的一个非常直观、非常典型的实验，其装置简易、操作简便、成功率高，在大气压演示实验中有着十分重要的地位。并且，此实验从小学自然常识到中学物理，乃至大学普通物理的大气压演示实验也广泛采用。因此，大量学者对覆杯实验进行了探究。如杯中水未装满时纸片是否掉落；纸片在实验中的作用；分析杯中气体压强的变化情况；对覆杯实验进行改进；等等。但是，当杯口缺陷时覆杯实验能否成功，却鲜有研究。为此，笔者对此问题进行了探究，其具体实验和结论如下。

一、 实验原理

如图1所示，首先，在装满水的杯口处盖一硬纸片并用手按住此硬纸片；其次，掉转杯口，使其口朝下，底朝上；最后，轻轻松开按住硬纸片的手。此时，纸片稳稳托住杯中水，从而证明大气压强的存在。

二、 實验器材

塑料瓶、硬纸片、水、刀片、染料。

三、 实验方法

1. 在水里放入适量染料，以便容易观察。

2. 将瓶口完整的塑料瓶装满水后盖上硬纸片，用手轻轻按住硬纸片后将瓶口掉转朝下，然后松开按住硬纸片的手并观察纸片与水是否掉落。

3. 将瓶口完整的塑料瓶装一半的水，然后重复步骤2的瓶口掉转过程，并观察纸片与水是否掉落。

4. 用刀片将完整的塑料瓶口割开4个小口，每个小口约2mm。

5. 将瓶口存在缺陷的塑料瓶装满水后盖上硬纸片，然后重复步骤2的瓶口掉转过程，并观察纸片与水是否掉落。

6. 将瓶口存在缺陷的塑料瓶装一半的水后盖上硬纸片，然后重复步骤2的瓶口掉转过程，并观察纸片与水是否掉落。

四、 实验结果

1. 在满瓶水和半瓶水的场景下，完整瓶口处的纸片与水均未掉落，覆杯实验成功，如图2至图4。

2. 在满瓶水和半瓶水的场景下，缺陷瓶口处的纸片与水均不掉落，覆杯实验也成功，如图5至图7。

五、 分析与讨论

分别在满瓶水与半瓶水的场景中，完整瓶口处的纸片与水均不掉落是因为大气压强作用于纸片，使纸片将水托住，而不是因为水的表面张力将纸片黏住。这个论点已经被金洁容在真空中的实验证明；另有刘成道的彩珠在杯内沿杯口内壁旋转实验，均已证明纸片是被大气压托住，而不是被水黏住，且与水的表面张力无关。

分别在满瓶水与半瓶水的场景中，缺陷瓶口处的纸片与水均不掉落是大气压强的作用，而瓶口缺陷处不漏水是因为水的表面张力将水锁在瓶内。这与辛贵书用窗纱代替纸片，窗纱不漏水是大气压与水的表面张力共同作用的观点相一致。但是，瓶口缺陷，纸片能够托住水主要是大气压强的作用。

六、教学建议

基于以上实验结果与分析，笔者建议：在做中学物理课堂演示实验时，教师不必强调杯口必须平整，如果故意强调反而给实验增加了限制条件。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 辛贵书.覆杯实验的新发现[J] .实验教学与仪器，2001（2）.

[2] 蒋丽艳.关于“覆杯实验”问题的探讨[J].物理通报，2010（3）.

[3] 高嵩，廖伯琴.覆杯实验的若干问题分析[J].物理教学探讨，2011（1）.

[4] 李秀一.覆杯实验的改进[J].实验教学与仪器，2014（10）.

[5] 金洁荣.营造真空 巧妙改进覆杯实验[J].中学物理，2015（33）.

[6] 刘成道.有关覆杯实验的改进及其他[J].教学与管理，1992（2）.

（责任编辑 黄春香）