托里拆利实验

　　理解托里拆利实验的原理，了解实验的作法、操作过程和步骤。

【仪器和器材】

　　托里拆利实验器（J2116型），水银，1米以上的长玻璃管（或两根玻璃管中间用橡皮管连接），烧杯，红色水。

【实验方法】

　　1．一只手握住玻璃管中部，在管内灌满水银，排除空气，用另一只手的食指紧紧堵住玻璃管开口端（图1．33－1甲），把玻璃管小心地倒插在盛有水银的槽里（图1．33－1乙），待开口端全部浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定（图1．33－1丙），读出水银柱的竖直高度。

　　2．逐渐倾斜玻璃管（图1．33－1丁），管内水银柱的竖直高度不变。

　　3．继续倾斜玻璃管（图1．33－1戊），当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气。

　　4．用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验（或同时做，把它们并列在一起对比），可以发现水银柱的竖直高度不变。说明大气压强与玻璃管的粗细、长短无关。

　　5．将长玻璃管一端用橡皮塞塞紧封闭，往管中注满红色水，用手指堵住另一端，把玻璃管倒插在水中，松开手指（图1．33－2）。观察现象并提问学生：“如把顶端橡皮塞拔去，在外部大气压强作用下，水柱会不会从管顶喷出？”然后演示验证，从而消除一些片面认识，加深理解。

【注意事项】

　　1．说明托里拆利真空的存在，是实验的关键，只有这一点成立，才能得出“水银柱的压强等于大气压强”。

　　2．水银有剧毒，对人体非常有害，要特别注意安全操作。玻璃管要选管壁较厚、内径较小的。操作时要避免碰撞和晃动，严防管子折断。切不可将水银散失在教室里。灌水银时最好用注射针筒或用细颈尖口的漏斗，下面用大塑料盒（搪瓷盆）垫上，以防水银溅落在地。右手食指如有伤口，绝对不能带伤口操作，可用胶皮手指套保护食指。如水银万一溅落在地，要设法收集，无法收集时，可撒硫磺粉使之硫化，然后收集埋掉，并打开窗户通风。

　　3．要减少实验误差，必须注意：①玻璃管、水银槽必须清洁、干燥，不能有灰尘、杂质和水分。②水银必须清洁，如混入尘埃杂质，或溶有其他金属生成汞齐而附在玻璃管内表面，会使读数不精确，影响效果。③灌水银时和灌后倒置水银槽中都不能混入空气。可用一根纱包线或漆包线一直通到玻璃管底部，灌水银时，不时地上下拉动纱包线，使气泡跟着排出。

　　4．托里拆利实验是定量测量大气压强值的重要实验，教师要认真准备，操作要规范，给学生作出表率。要教会学生读数和观察的方法：如米尺的起点线与槽内水银面凸面要处于同一水平线上；读数时，视线应与水银面、刻度线在同一水平线上等。

【参考资料】

　　大气压强还可以用下列实验粗略测定。如图1．33－3所示，取一注射器，在活塞柄上套上绳套，将活塞推至顶端，用手指（或橡皮帽）堵住注射孔，将槽码、钩码或重物逐渐增加挂在绳套下，挂到活塞刚被拉动，测出所挂物重G，活塞截面积S，用公式P=G／S算出大气压强的值。如30毫升内径约25厘米的注射器，截面积约49厘米2，实验时，能挂起稍少于4．9千克的重物。注意不要挂太重的物体，并注意用手在活塞下准备托接，以防拉下时碰碎活塞。

　　还可采用圆盘形塑料挂衣钩（商店有卖）两只，将圆盘相对挤压，排除空气，逐步在下面钩上加挂重物，同样可以粗略测出大气压强。

【思考题】

　　1．在托里拆利实验中，管内外水银面高度差为76厘米，若往水银槽里再倒入深度1厘米的水银，管内外水银面高度差怎样变化？若将玻璃管往上提高1厘米，管口仍未离开水银槽里的水银面，管内外水银柱高度差又怎样变化？

　　2．三个同学同时在一实验室里用托里拆利的方法测量大气压强，管内水银柱的长度分别是75厘米、75．5厘米、76厘米，已知甲同学实验时管子有些倾斜，乙同学在实验时管内进入了少量空气，丙同学测量正确，你能判定前边给的三个水银柱长度值分别属于哪个同学的读数吗？

　　3．在图1．33－4托里拆利实验中，已知大气压强为760毫米汞柱，求管内A、B、C、D各点的压强是多少？

　　4．在测定大气压强的托里拆利实验中，使管倾斜后，水银柱的竖直高度为什么仍旧不变？