自制教具对“烧瓶吞蛋”实验改进与创新

温 敏 毛建平 徐晓梅

（云南师范大学物理与电子信息学院，云南 昆明 650500）

新奇有趣的演示实验能将学生在日常生活中难以见到的或是与学生经验相抵触的物理现象和过程展示在学生眼前，使学生获得丰富的感性知识，形成鲜明的表象，为建立正确的物理概念、认识物理规律奠定基础［1］.物理教材中已编入了大量的演示实验，但有些实验因自身设计或实际教学条件的局限，效果还不够理想，需要教师在教学过程中对这些实验进行改进、创新，使实验更真实形象、生动有趣.在教授 “大气压强”［2］时，很多教师会做“烧瓶吞蛋”实验来证明大气压强的存在，学生觉得这个实验精彩有趣，但这个实验还存在实验时间较长、鸡蛋不能重复利用等不足，我们自制教具对此实验进行了改进与完善，并利用现有资源进行实验创新.

1 两次改进“烧瓶吞蛋”实验

图1

先简单介绍一下“烧瓶吞蛋”实验［3］：将一张点燃的纸片扔进烧瓶中，再拿一个比烧瓶的瓶口略微大一点的去壳熟鸡蛋堵在烧瓶口上，燃烧的纸片熄灭后，我们可以看到鸡蛋会渐渐地被烧瓶“吞”了进去，如图1.这个实验能演示大气压强的存在，但还存在以下不足：此实验不能显示大气压强的持续作用效果；不容易找到与瓶口大小接近的鸡蛋；纸片燃烧后瓶内外压强差不大，“瓶吞蛋”过程所需时间较长，鸡蛋有可能会卡在瓶颈中，导致实验失败；实验结束后，很难将鸡蛋完好无损地从烧瓶里拿出，如采取甩、夹、挖等办法，鸡蛋弄出来后也是烂的，不能重复利用，就算能完整弄出，鸡蛋会变干变质，不能备着后用；烧瓶是玻璃制品，操作不当容易弄破.为了克服上述实验的不足，我们自制教具设计了两个实验来改进与完善“烧瓶吞蛋”实验.

1.1 用高筒玻璃杯和小气球做“杯吞球”实验

先将小气球吹到比玻璃杯口稍大些，用线绑好，在玻璃杯内倒入大半杯8 0℃左右的热水，约1 5s后将杯中水倒出，迅速将已吹好的气球竖堵在玻璃杯口上，我们会发现，玻璃杯在短时间内将气球“吞”了进去，如图2；如果用湿冷的毛巾包在玻璃杯周围，玻璃杯“吞”气球的速度更快.为什么会这样呢？因为倒入杯里的热水温度较高，排出了杯内大部分空气，随着杯内气体温度逐渐降低，杯内的水蒸气液化成了小水珠，使得杯内外气压差迅速增大，所以气球能在短时间内被“吸”入玻璃杯中；如用湿冷的毛巾包在玻璃杯周围，加速降低杯内气体的温度，能缩短实验时间.

图2

实验优点：气球进入玻璃杯的过程中，能更直观、精彩地演示了大气压强的存在和持续作用，更有趣的是，当用手提起气球上下运动、左右摇晃时，玻璃杯也会随气球上下运动、左右摇晃而不会掉下来，也显示了大气压强的持续作用效果；高筒玻璃杯和气球都容易找到，成本低，气球大小也很容易根据玻璃杯的口径大小来调节；热水倒出后，杯内外气压差较大，缩短了实验时间，增强了实验效果；实验后气球很容易从玻璃杯中拿出，能重复使用；实验过程对教室内的空气没有污染；学生在家也很容易操作这个实验.

不足之处：实验用的玻璃杯不能太重，否则玻璃杯不能被气球提起；玻璃杯易碎，实验时须小心.

1.2 大饮料瓶替代玻璃杯做“瓶吞球”实验

在大饮料瓶内倒入大半瓶7 0℃左右的热水，约1 5s后将瓶内的水倒出，迅速将气球嘴紧套在饮料瓶口上，我们会发现，饮料瓶会变瘪，气球也很快被“吞”进饮料瓶，随后快速膨胀变大，最后大小不变，如图3；如果用手挤压瓶身，气球大小会随之发生变化.为什么会这样呢？因为瓶壁较薄，瓶内气体的温度下降较快，瓶内气压迅速变小，瓶内外气压差快速增大，气球迅速的膨胀变大，同时又因饮料瓶的材质较软，瓶身会随之变瘪，瓶内气压又会逐渐增大，气球变大的速度又逐渐变慢，最后不再变大；用手挤压饮料瓶时，瓶内气压会随之变大或变小，气球内外的气压差也随之变大或变小，气球大小也就随之变大或变小.

实验优点：实验既可演示大气压强的存在，也显示了大气压强的持续作用效果，实验的直观性、趣味性、可操作性较“杯吸球”实验提高；大饮料瓶比高筒玻璃杯更容易找到，成本更低，属废物利用，很方便学生在家做；实验结束后，气球能取下来留作后用；饮料瓶材质是塑料的，很耐用.

不足之处：实验用的热水温度不能太高，否则会把饮料瓶烫得变形；大饮料瓶材质软，实验时随着瓶内温度的降低，瓶身会发生较大的形变，瓶内气压增大，这样气球不能膨胀得较大，影响实验的可观性；由于饮料瓶口较小，如果气球口被套歪了，气球容易被瓶口挡住而使实验受阻.

图3

解决办法：实验前应选用硬质、口径稍大的饮料瓶，如图4.由于硬质饮料瓶既能耐更高温也不易变形，瓶内气球能膨胀到半个饮料瓶大；由于瓶口大，就算气球套得有点歪，气球也不容易被瓶口挡住，实验操作更顺利，用时更短，实验效果更清楚直观.

这两个改进实验都是利用身边低成本、可重复利用的、家庭化的资源进行组合创新，增强了演示实验的直观性、可观性、趣味性，提高了演示实验的可操作性和成功率，推广性强.改进后的实验更接近学生的生活情景、社会情景，使教学内容更真实、亲切，实现了“从生活走向物理”的理念，提高了学生的学习兴趣，使学生感到身边处处有物理，逐渐形成运用物理知识解决“生活”问题的思维方式，提高学生的科学素养.

图4

2 利用现有实验资源进行实验创新

2.1 利用“杯吞球”实验的资源进行创新

（1）演示摩擦力实验.

玻璃杯“吞”气球后，拉着绑绳将气球向上提起，气球会被拉长，且从上到下逐渐增大，玻璃杯也会随气球被提起来；当手提气球在空中上下运动，左右摇晃时，玻璃杯也会随气球上下运动、左右摇晃而不会掉下来，如图5.为什么会这样呢？

因为气球被“吸”进玻璃杯后发生了形变，气球表面也不光滑，气球受到绳子向上的拉力，气球相对杯子有向上运动的趋势，这样气球就受到玻璃杯对它的向下的摩擦力，与气球向下变大的方向相同，由于力的作用是相互的，玻璃杯也会受到气球对它向上的摩擦力，能平衡玻璃杯所受的重力，所以玻璃杯仍能随杯子一起运动而不会掉下来.

图5

（2）演示“倒吸”气球实验.

将气球吹到比玻璃杯口稍大些并绑好，然后在玻璃杯内倒入大半杯8 0℃左右的热水，约1 5s后将杯中水倒出来，立即将杯口紧密地倒扣在气球上，杯子很快就将把气球紧紧抓住并吸入杯中，如图6；改变杯口方向，重做上述实验，杯子都会将气球牢牢抓住并吸入其中.为什么会有这样的现象发生呢？

因为随着玻璃杯内的空气渐渐冷却，杯内的气压变小，杯内外的气压差变大，这样气球就被杯子 “吸”了进去；此实验不仅演示了大气压强的持续作用效果，也演示了各个方向都存在大气压强.

2.2 利用“瓶吞球”实验的资源进行创新

（1）演示“吹不大”的气球及定性验证玻-马定律.

图6

当饮料瓶内的气球不再变大时，对气球吹气，气球会逐渐变大，随着气球越来越大，就会感到越来越费劲，当气球吹大到一定大小后就不能再吹大了，气球似乎变成了一个“吹不大”的气球，如图7所示.为什么会这样呢？

因为气球套住饮料瓶口后，瓶内气体就被封闭起来了，随着嘴向气球吹气，气球内的气压变大，气球就逐渐膨胀变大，同时瓶内密闭气体的体积就逐渐变小，瓶内气压就会逐渐增大，这就导致了气球越大吹起来越费劲，当气球内的气压与瓶内气压相同时，气球就不再变大了.

图7

如果实验前将饮料瓶浸入装有足够多自来水的透明水槽中，重做上述实验，也会发生同样的现象.由于瓶身浸在水中，实验时瓶内密闭气体的温度就能保持不变，随着气球的膨胀变大，瓶内气体的体积减小，瓶内气压增大，这就定性地验证了玻-马定律（p V＝常量）.

（2）演示“缩不小”的气球.

先用钉子在饮料瓶的底部钻一个小孔，再往气球里面吹气，气球会很快膨胀变大，最后气球差不多会占了大半个饮料瓶的空间，这时用手将瓶底的小孔堵住，并停止向气球吹气，且让气球口敞开，我们会发现，气球会逐渐变小，最后大小保持不变，气球似乎成了一只“缩不小”的气球，如图8.为什么会有这样奇怪的现象呢？

由于瓶底有孔，瓶内与外界连通，瓶内气压与外界大气压相等.当用嘴对气球内吹气时，气球内的气压增大，且大于瓶内气压，气球就会快速的膨胀变大；当停止向气球吹气并用手指堵住瓶底小孔后，由于气球口是敞开的，气球内有些气体会跑出来，气球内的气压就会减小，气球也随之变小，当气球内的气压减小到与外界的大气压强相同，气球就不再变小了.

（3）演示红色“喷泉”实验.

在装满水的大烧杯中滴入几滴红墨水搅匀，将配好的红水倒入“缩不小”的气球，直至灌满为止，然后迅速移开堵住瓶底小孔的手指，顷刻气球里的水会从气球里“喷”出来，形成气势汹涌的红色大“喷泉”，喷泉持续时间较短，如图9；用钉子在饮料瓶盖上打个吸管口大小的洞，插入吸管，然后将此瓶盖盖紧饮料瓶口，重做上述实验，就会形成细高的红色“喷泉”，喷泉持续时间较长；如果在瓶盖上规则的打多个洞，插上再细点的吸管，重做上述实验，实验时配上音乐，就会形成有特色的红色音乐“喷泉”，如图1 0，为什么会有这样有趣的现象呢？

图8

图9

图10

因为在气球里灌满水后，气球又会变大，瓶内气体的体积又变小，使得瓶内气压又增大，当迅速移开堵住瓶底小孔的手指后，在较短的时间内，大量的空气通过瓶底小孔迅速进入瓶内，使瓶内气压在短时间内迅速增大许多，这样瓶内气压与外界气压在短时间内产生较大的向上的气压差，这样气球内的水就会在气压差的作用下被挤出来而形成“喷泉”.

利用现有的实验资源进行深加工，创造性的开发出更多新奇有趣的实验，实现了一物多用、废物利用，既提高了资源的利用效率，最大限度地挖掘现有资源的实验功能；也提高了利用资源为教学服务的能力与水平，提升了实验教学的效益，实现了实验资源教育教学价值的最大化.

1 魏日升，张宪魁.新课程中学物理教材教法与实验［M］.北京：北京师范大学出版社，2006：73.

2 中华人民共和国教育部.义务教育课程标准试验教科书九年级物理［M］.第3版.北京：人民教育出版社，2006：86.

3 黄国雄.重新发现物理实验——中学实验资源开发利用的理念与教案［M］.北京：高等教育出版社，2007：89.