物質(zhì)、運動與能量

8探究空氣壓力

物質(zhì)、運動與能量；適用5～7歲兒童

活動任務(wù)

老師通過實驗讓小朋友感受到大氣壓力的真實存在。小朋友通過實驗感受大氣壓強有多大。最后，探討大氣壓力在生活中的實際應(yīng)用。

活動目標(biāo)

1．能夠用實驗印證大氣壓力的存在、大小、方向。

2．了解大氣壓力對我們的影響以及在日常生活中的運用。

核心概念

1．大氣很厚很重，又會流動，處在大氣中的物體，四面八方都受到壓力，這就是大氣壓。

2．塑料吸盤是利用大氣壓力而緊貼墻壁。

活動準(zhǔn)備

塑料吸盤、馬德堡半球（教具）、氣球、塑料杯

活動框架

活動過程

Step1：空氣壓力在哪里？（5分鐘）

師：老師今天帶了我的小助手阿布來一起上課，噯！它每次都喜歡在高高的位置，你們幫我看看哪個位置可以給它？

幼：桌上！

師：桌上不夠高！我想到了就在這——白板上！那它要怎么上去呢？

幼：用膠帶、繩子…

師：你們看！有吸盤呀！它都隨身攜帶吸盤的呦！

幼：哇！吸盤把白板吸住了，所以阿布能夠掛在白板上。

師：事實上，吸盤不是靠“吸力”才吸住墻壁的，是因為手拿吸盤緊貼住平滑的墻壁，并輕輕擠壓吸盤，將吸盤與墻壁間的空氣擠出，放手后，吸盤的彈性想要使吸盤恢復(fù)原狀，結(jié)果吸盤與墻壁之間就形成密閉空間，因此密閉空間內(nèi)的氣體壓力小于外界大氣壓力，吸盤受到壓向墻壁的作用力，使吸盤緊貼墻壁，而不會掉落。所以，塑料吸盤是利用大氣壓力而緊貼墻壁，并不是“吸”力使吸盤緊貼墻壁喔！

幼：哦！原來是這樣子的。那大氣壓力是什么？

師：簡單地說，大氣壓力就是空氣的重力和空氣分子運動產(chǎn)生的壓力。生活在地球上就會有大氣壓力存在。在我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中，大氣壓力是無時無刻存在，而且我們也常常運用到它呢！

幼：那如果沒有空氣是不是就沒有大氣壓力了？

師：聰明！一點就通！

Step2：和空氣拔河（10分鐘）

師：老師現(xiàn)在要來變一個魔術(shù)給大家看喔！我把塑料袋套在這個神奇垃圾桶里，然后神奇垃圾桶就會吸住塑料袋不放呦！

【實驗】

步驟1：拿出桶子證明給孩子看里面沒有東西。

步驟2：將塑料袋套入桶子內(nèi)，同時把里面的空氣擠出、排空，最后在桶子的出口套一圈橡皮筋。

步驟3：用手抓住塑料袋的底部，輕輕拉拉看塑料袋，是否拉得出來？

步驟4：請孩子觀察或者邀請小助手上來拉拉看。

師：接著老師要變另外一個魔術(shù)。

【實驗】 馬德堡半球?qū)嶒?/p>

步驟1：將馬德堡半球展示給孩子看。

步驟2：再將兩半球合起來，并且抽出兩半球內(nèi)的空氣（不必真的抽氣）。

步驟3：講馬德堡半球?qū)嶒灥墓适陆o孩子聽。

【討論】 空氣與大氣壓力的關(guān)系。

師：塑料袋在神奇桶子里拉不出來的原因是什么呢？

幼：因為桶子真的很神奇，可以吸住塑料袋。

師：你們真是可愛！其實，神奇桶子能夠吸住塑料袋的秘密是因為大氣壓力的緣故。將塑料袋套入垃圾桶里，同時把桶內(nèi)的空氣擠出、排空，桶內(nèi)會接近真空狀態(tài)，我們要從里面拉出塑料袋的時候，外面的大氣壓力會往塑料袋的內(nèi)部擠壓，因此怎么拉都拉不出來。

幼：就是之前說過的，有空氣就會有大氣壓力，真空狀態(tài)是沒有空氣，也就沒有大氣壓力！那吃飯的兩個碗一下分開、一下分不開，同樣也是一次有空氣、一次沒有空氣嗎？

師：太厲害了！果然非常專心上課，老師真是太愛你們了！事實上，那兩個吃飯的碗，它們的名字叫做馬德堡半球。

小朋友很積極，獎勵大家一個科學(xué)小故事：三百多年前，德國一個叫馬德堡的城市里，有個叫葛利克的物理學(xué)家，它為皇上表演了一個有趣的科學(xué)實驗——馬德堡半球?qū)嶒灒覀円黄饋砜础恶R德堡半球》視頻。

視頻快結(jié)束時暫停，請小朋友來說明為什么兩個半球分不開，然后再看視頻的解說。老師可參考“參考資料”給小朋友講解。

師：接下來我們來模擬一下當(dāng)時實驗的情況。

Step3：吸盤拔河（15分鐘）

【實驗】

步驟1：每組發(fā)塑料大吸盤2組。

步驟2：請孩子兩人各拿1個塑料吸盤，吸在一起再分開。

步驟3：試試看空氣不擠掉來拔一拔。

步驟4：試試看將空氣擠掉來拔一拔。

注意：第二次實驗要將空氣擠出時，老師可以準(zhǔn)備一杯水讓孩子沾濕吸盤，效果相當(dāng)不錯喔！

【討論】 大氣壓力有多大？

師：在我們生活的周圍都有空氣，每一平方厘米上面的空氣就有約1 034克重，所以我們每個人每天都被很大、很重的大氣壓力壓著喔！從頭、肩膀、身體、腳……，以成年大象的重量來算，一只5 000千克到6 000千克，而一位小朋友身上大約是被2只大象的重量壓著！

幼：天吶！好重呀！為什么我們沒有感覺？

師：因為我們的身體結(jié)構(gòu)已經(jīng)適應(yīng)了這樣的壓力。如果沒有壓力，反而就要危及我們的生命喔！

Step4：氣球吸星大法（10分鐘）

師：老師手里有什么？

幼：小黏土杯和氣球。

師：猜猜，氣球吹大，老師松手后杯子會怎么樣？

幼：掉下來。

師：但是氣球吹大后，杯子吸在氣球上沒有掉落。因為氣球很小時，氣球跟杯子是分離的，里面空氣的壓力跟外面一樣大；當(dāng)氣球吹大后并緊緊貼在杯子內(nèi)壁時，里面的空氣被趕走了，氣球里的空氣壓力大于杯子內(nèi)的空氣壓力，所以杯子不會掉下來。

【實驗】

步驟1：每組發(fā)氣球1個，塑料杯3個。

步驟2：每組選一人吹氣球，其他組員將水晶杯一個接一個地吸在氣球上。

步驟3：進行比賽的方式：全部吸上去的速度、水晶杯的數(shù)目、最有造型創(chuàng)意……

步驟4：過程中請孩子觀察氣球與水晶杯的變化，并記錄下來。

【討論】 氣球可以吸起杯子的原因。

師：哇！原來你們都有功夫，這是東方不敗的絕招——吸星大法咧！

幼：對呀！可是氣球吸住水晶杯是不是跟大氣壓力也有關(guān)系？

師：是的！氣球吹得很小時，表面比較彎曲，水晶杯內(nèi)有空氣，空氣壓力和杯子外的大氣壓力是相同的。當(dāng)氣球吹大時，氣球皮就被拉平了，杯子內(nèi)的空氣被吹大的氣球趕走，當(dāng)氣球壁緊貼在杯子上時，里面已經(jīng)沒有空氣，它就像吸盤一樣。水晶杯當(dāng)然甩都甩不掉，它被壓住了嘛！

幼：原來如此呀！

Step5：分享和體會（5分鐘）

師：大氣壓力是什么呀？

幼：在大氣中，任何東西四面八方都會受到壓力，這就是大氣壓力。大氣壓力與空氣重力有關(guān)，沒有空氣就沒有大氣壓力。

師：日常生活中大氣壓力的應(yīng)用說說看有哪些？

幼：喂水器、拔罐器、果汁開兩個洞、原子筆開口、吸塵器……

師：還有許多大氣壓力對我們的影響，如我們搭車上山或下山、坐火車進山洞、搭電梯上升或下降時，往往會覺得耳朵不舒服，這也是由于耳膜內(nèi)外壓力不相等的因素。因為大氣壓力在地表附近，每上升1公里約減少8厘米汞柱，所以若急速上升或下降一段較大的垂直高度時，人體內(nèi)外的壓力會來不及平衡而感到不舒服。這時候大家只要吞咽一下，或說說話，便可促使耳內(nèi)的氣壓更快地和大氣壓力達到平衡，耳內(nèi)的不適很快便消失。

爬過山的小朋友有沒有發(fā)現(xiàn)，上高山時本來扁扁的餅干包裝袋，會慢慢地鼓起膨脹，這是因為高山上大氣壓力減少的緣故，造成包裝內(nèi)的壓力比外面大。

活動建議

在和空氣拔河實驗中，小朋友拉塑料袋時要輕拉，以免將塑料袋拉破，導(dǎo)致漏氣。盡量挑選一些配合度好的小朋友上來當(dāng)小助手。

參 考 資 料

三百多年前，德國的一個小城市——馬德堡，當(dāng)時的市長正是鼎鼎有名的物理學(xué)家葛利克。在一次盛會中，他拿著兩個他設(shè)計的半球來叩見皇上，請求為陛下表演一個科學(xué)游戲。皇上正在興頭上便欣然允許。只見他雙手將這兩個半球啪地往一起一合，助手遞上一個小唧筒，三下兩下，就將里面的空氣抽光了。這球的半徑不過20厘米，里面的空間頂多也只能裝三個拳頭。然后葛利克將兩根又粗又結(jié)實的絲繩系在半球兩邊的環(huán)上，招手叫過兩個大漢一邊一個拔起河來。只見他們臉漲得由紅變紫，雙方或左或右，互有進退，而那球的兩個半塊卻緊緊地相抱一起。皇帝、皇后看得發(fā)呆了，剛才明明是兩個隨便合起來的半球，怎么會吸得這么緊？這時葛利克又命令兩邊各加到兩人，加到三人。鐵球呢？倒像越拉越緊。草地上千人之眾鴉雀無聲。葛利克喝了一聲：“住手！”然后干脆牽過兩匹馬來，一邊套上一匹，兩個馭手揮起鞭子，兩匹馬仰天長嘶一聲，四蹄扣地向兩邊拉起來，可是那球還是依然如故。葛利克又將兩邊再各加一匹，一會又加一匹，這樣一直各加到七匹健馬，還是不見分曉。這時皇后早忘了她那在臣民面前應(yīng)保持的尊容，雙唇大開，右手緊緊抓住皇帝的手腕。葛利克又命令兩邊各加一馬，馭手的鞭子甩得如爆竹炸響，馬嘶嘯嘯，塵土飛揚，圍觀的人群也沸騰起來，各喊加油。只聽“砰”的一聲，鐵球終于裂成兩半，兩邊的八匹馬各帶著半塊小球一下沖出幾百米遠。這時皇后才閉口松手，喘出一口氣來，皇帝的手腕也早被捏出五個指頭印來。他忙將葛利克召至臺上問：“你變的是什么魔術(shù)？這兩個小半球，怎么會有這么大的吸力？”葛利克回答：“其實這不是吸力，而是大氣壓力！”

9光的魔術(shù)

物質(zhì)、運動與能量；適用3～5歲兒童

活動任務(wù)

教師通過多個實驗幫助小朋友學(xué)習(xí)光和色彩的關(guān)系、什么是白光，以及利用身邊的常見物品制作彩虹，從而探究光。

活動目標(biāo)

1．知道什么是光、白光。

2．學(xué)會分離白光，學(xué)習(xí)光和彩虹的關(guān)系。

3．能夠用光盤、塑料等制品制作彩虹。

4．感受光的神奇，增進對自然的熱愛。

核心概念

1．白光是由七色光混合組成的。

2．看起來白色的物體是因為反射了白光里七色光混合而成的。

活動準(zhǔn)備

1．分離白光：手電筒、三棱鏡。

2．碟片彩虹：光盤片、白光手電筒。

3．制造夕陽：鮮奶、燒杯、白光手電筒。

4．塑料彩虹：偏光片、塑料制品、白光手電筒。

活動框架

活動過程

Step1：了解白光（5分鐘）

師：光和色彩有關(guān)系，老師想問問大家，太陽光或燈泡的光是什么顏色？

幼：白色、黃色……

師：光有各種顏色。空中的彩虹有紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七色，白光由七色光混合而成。當(dāng)白色太陽光照射到云層時，云會反射紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色，它們混合后是白色。

Step2：分離白光（5分鐘）

【實驗】 利用三棱鏡將手電筒的光變成彩虹的顏色

步驟1：每組發(fā)一個三棱鏡及一支手電筒。

步驟2：將教室的燈關(guān)掉（注意安全規(guī)則）。

步驟3：請小朋友將手電筒的光照在三棱鏡上，最好是照在尖角的地方。

步驟4：仔細觀察透過三棱鏡照出來的光是不是有彩虹的顏色。

原理：白光通過三棱鏡，由于光的折射和波長的不同，白光被分散成七種不同色彩的光線。這種現(xiàn)象叫做光的色散。見圖1—9—1。

Step3：碟片彩虹（10分鐘）

【實驗】

如圖1—9—2，只要對著白光的光源（如太陽光、日光燈等），光盤片上就會呈現(xiàn)出美麗的彩虹哦！

用白光的手電筒照射光盤，并反射到墻壁或屏幕上，改變光盤或手電筒的角度與方向，就可以看到圖1—9—3的各種彩虹。

注意：以太陽光為光源時，請勿直接直視，以避免眼睛受到傷害！

圖1—9—1 分離白光

圖1—9—2 光盤彩虹

圖1—9—3 碟片彩虹

Step4：制造夕陽（10分鐘）

【實驗】

步驟1：首先在300 ml的水里滴入6滴鮮奶，攪拌均勻使其呈半透明狀，外觀看起來是淡的乳白色，如圖1—9—4。

步驟2：使用白光LED燈手電筒，從杯子外面照射。在裝清水的杯子中，燈光穿透清水，光的顏色看起來還是白色的。但是，換成淡乳白色的奶液后，白色燈光變成了橙黃色，如圖1—9—5（參照資料1講解）。

圖1—9—4 淡乳白色的奶液和清水

圖1—9—5 白光照射淡乳白色的奶液

Step5：塑料彩虹（10分鐘）

師：透明的塑料也會有彩虹，你相信嗎？日常生活有很多塑料用品，例如尺、叉子、湯匙等，這些看起來透明的塑料用品，可以變成漂亮的彩虹哦！（出示圖1—9—6各圖片）你們看，塑料的尺、塑料叉子、塑料湯匙、塑料瓶都能形成彩虹哦。那么，這是如何形成的呢？

如圖1—9—7，教師在兩片偏光片之間放置塑料物品，就可以看到漂亮的彩虹了，而且慢慢旋轉(zhuǎn)其中一片偏光片，彩虹的顏色也會跟著變化哦！（參照參考資料2）

圖1—9—6 各類塑料制品形成彩虹

圖1—9—7 通過偏光片產(chǎn)生彩虹

活動建議

1．制造夕陽的實驗中，原理牽涉復(fù)雜的散射，對小朋友而言比較困難，建議不必詳述原理，但是可以讓小朋友比較高脂、低脂鮮奶有何差別。對于滴入相同量的鮮奶而言，高脂鮮奶會因內(nèi)含粒子的濃度較高，而照出的光源會更偏橙色，低脂所看到的光源則會比較白。如果濃度調(diào)整一致，則高脂與低脂鮮奶的光源顏色會相似。

2．將碟片在靠近墻壁的地方進行照射，實驗效果更加明顯。

3．手電筒照射時注意不要照到小朋友的眼睛。

注：實驗—碟片彩虹、實驗—制造夕陽、實驗—塑料彩虹參考“臺中教育大學(xué)科學(xué)教育與應(yīng)用學(xué)系科學(xué)游戲與實驗室”網(wǎng)站相關(guān)內(nèi)容。

參 考 資 料

資料1

原理：當(dāng)光照射淡乳白色的奶液時，波長較短的光，比如藍紫光不能繞過液體中較大的粒子，發(fā)生了散射；而波長較長的光，比如紅黃光能繞過液體中較大的粒子，發(fā)生了衍射，所以白色燈光變成了橙黃色光。

資料2

原理：利用偏光片原理以及塑料雙折射的特性。首先，偏光片能讓光源的光產(chǎn)生偏極化，即偏光片能產(chǎn)生特定波動面的光（稱為偏極光），因此偏光片有如光的過濾器。大多塑料制品具有雙折射性質(zhì)，使得通過第一個偏光片的偏極光在通過塑料時，分解為兩道快慢差異的光線。而經(jīng)過雙折射的偏極光，通過第二個偏光片時，偏振光的過濾作用，只讓某一特定的偏極光通過，因此我們只能看到特定顏色的光。由于雙折射的折射程度，和塑料材質(zhì)的密度、厚度、分子排列等的微小差異有關(guān)，因此塑料材質(zhì)只要有彎曲或形狀變化，就很容易顯示出這種特性，進而形成彩虹的現(xiàn)象。