物质、运动与能量

8探究空气压力

物质、运动与能量；适用5～7岁儿童

活动任务

老师通过实验让小朋友感受到大气压力的真实存在。小朋友通过实验感受大气压强有多大。最后，探讨大气压力在生活中的实际应用。

活动目标

1．能够用实验印证大气压力的存在、大小、方向。

2．了解大气压力对我们的影响以及在日常生活中的运用。

核心概念

1．大气很厚很重，又会流动，处在大气中的物体，四面八方都受到压力，这就是大气压。

2．塑料吸盘是利用大气压力而紧贴墙壁。

活动准备

塑料吸盘、马德堡半球（教具）、气球、塑料杯

活动框架

活动过程

Step1：空气压力在哪里？（5分钟）

师：老师今天带了我的小助手阿布来一起上课，嗳！它每次都喜欢在高高的位置，你们帮我看看哪个位置可以给它？

幼：桌上！

师：桌上不够高！我想到了就在这——白板上！那它要怎么上去呢？

幼：用胶带、绳子…

师：你们看！有吸盘呀！它都随身携带吸盘的呦！

幼：哇！吸盘把白板吸住了，所以阿布能够挂在白板上。

师：事实上，吸盘不是靠“吸力”才吸住墙壁的，是因为手拿吸盘紧贴住平滑的墙壁，并轻轻挤压吸盘，将吸盘与墙壁间的空气挤出，放手后，吸盘的弹性想要使吸盘恢复原状，结果吸盘与墙壁之间就形成密闭空间，因此密闭空间内的气体压力小于外界大气压力，吸盘受到压向墙壁的作用力，使吸盘紧贴墙壁，而不会掉落。所以，塑料吸盘是利用大气压力而紧贴墙壁，并不是“吸”力使吸盘紧贴墙壁喔！

幼：哦！原来是这样子的。那大气压力是什么？

师：简单地说，大气压力就是空气的重力和空气分子运动产生的压力。生活在地球上就会有大气压力存在。在我们日常生活当中，大气压力是无时无刻存在，而且我们也常常运用到它呢！

幼：那如果没有空气是不是就没有大气压力了？

师：聪明！一点就通！

Step2：和空气拔河（10分钟）

师：老师现在要来变一个魔术给大家看喔！我把塑料袋套在这个神奇垃圾桶里，然后神奇垃圾桶就会吸住塑料袋不放呦！

【实验】

步骤1：拿出桶子证明给孩子看里面没有东西。

步骤2：将塑料袋套入桶子内，同时把里面的空气挤出、排空，最后在桶子的出口套一圈橡皮筋。

步骤3：用手抓住塑料袋的底部，轻轻拉拉看塑料袋，是否拉得出来？

步骤4：请孩子观察或者邀请小助手上来拉拉看。

师：接着老师要变另外一个魔术。

【实验】 马德堡半球实验

步骤1：将马德堡半球展示给孩子看。

步骤2：再将两半球合起来，并且抽出两半球内的空气（不必真的抽气）。

步骤3：讲马德堡半球实验的故事给孩子听。

【讨论】 空气与大气压力的关系。

师：塑料袋在神奇桶子里拉不出来的原因是什么呢？

幼：因为桶子真的很神奇，可以吸住塑料袋。

师：你们真是可爱！其实，神奇桶子能够吸住塑料袋的秘密是因为大气压力的缘故。将塑料袋套入垃圾桶里，同时把桶内的空气挤出、排空，桶内会接近真空状态，我们要从里面拉出塑料袋的时候，外面的大气压力会往塑料袋的内部挤压，因此怎么拉都拉不出来。

幼：就是之前说过的，有空气就会有大气压力，真空状态是没有空气，也就没有大气压力！那吃饭的两个碗一下分开、一下分不开，同样也是一次有空气、一次没有空气吗？

师：太厉害了！果然非常专心上课，老师真是太爱你们了！事实上，那两个吃饭的碗，它们的名字叫做马德堡半球。

小朋友很积极，奖励大家一个科学小故事：三百多年前，德国一个叫马德堡的城市里，有个叫葛利克的物理学家，它为皇上表演了一个有趣的科学实验——马德堡半球实验，我们一起来看《马德堡半球》视频。

视频快结束时暂停，请小朋友来说明为什么两个半球分不开，然后再看视频的解说。老师可参考“参考资料”给小朋友讲解。

师：接下来我们来模拟一下当时实验的情况。

Step3：吸盘拔河（15分钟）

【实验】

步骤1：每组发塑料大吸盘2组。

步骤2：请孩子两人各拿1个塑料吸盘，吸在一起再分开。

步骤3：试试看空气不挤掉来拔一拔。

步骤4：试试看将空气挤掉来拔一拔。

注意：第二次实验要将空气挤出时，老师可以准备一杯水让孩子沾湿吸盘，效果相当不错喔！

【讨论】 大气压力有多大？

师：在我们生活的周围都有空气，每一平方厘米上面的空气就有约1 034克重，所以我们每个人每天都被很大、很重的大气压力压着喔！从头、肩膀、身体、脚……，以成年大象的重量来算，一只5 000千克到6 000千克，而一位小朋友身上大约是被2只大象的重量压着！

幼：天呐！好重呀！为什么我们没有感觉？

师：因为我们的身体结构已经适应了这样的压力。如果没有压力，反而就要危及我们的生命喔！

Step4：气球吸星大法（10分钟）

师：老师手里有什么？

幼：小黏土杯和气球。

师：猜猜，气球吹大，老师松手后杯子会怎么样？

幼：掉下来。

师：但是气球吹大后，杯子吸在气球上没有掉落。因为气球很小时，气球跟杯子是分离的，里面空气的压力跟外面一样大；当气球吹大后并紧紧贴在杯子内壁时，里面的空气被赶走了，气球里的空气压力大于杯子内的空气压力，所以杯子不会掉下来。

【实验】

步骤1：每组发气球1个，塑料杯3个。

步骤2：每组选一人吹气球，其他组员将水晶杯一个接一个地吸在气球上。

步骤3：进行比赛的方式：全部吸上去的速度、水晶杯的数目、最有造型创意……

步骤4：过程中请孩子观察气球与水晶杯的变化，并记录下来。

【讨论】 气球可以吸起杯子的原因。

师：哇！原来你们都有功夫，这是东方不败的绝招——吸星大法咧！

幼：对呀！可是气球吸住水晶杯是不是跟大气压力也有关系？

师：是的！气球吹得很小时，表面比较弯曲，水晶杯内有空气，空气压力和杯子外的大气压力是相同的。当气球吹大时，气球皮就被拉平了，杯子内的空气被吹大的气球赶走，当气球壁紧贴在杯子上时，里面已经没有空气，它就像吸盘一样。水晶杯当然甩都甩不掉，它被压住了嘛！

幼：原来如此呀！

Step5：分享和体会（5分钟）

师：大气压力是什么呀？

幼：在大气中，任何东西四面八方都会受到压力，这就是大气压力。大气压力与空气重力有关，没有空气就没有大气压力。

师：日常生活中大气压力的应用说说看有哪些？

幼：喂水器、拔罐器、果汁开两个洞、原子笔开口、吸尘器……

师：还有许多大气压力对我们的影响，如我们搭车上山或下山、坐火车进山洞、搭电梯上升或下降时，往往会觉得耳朵不舒服，这也是由于耳膜内外压力不相等的因素。因为大气压力在地表附近，每上升1公里约减少8厘米汞柱，所以若急速上升或下降一段较大的垂直高度时，人体内外的压力会来不及平衡而感到不舒服。这时候大家只要吞咽一下，或说说话，便可促使耳内的气压更快地和大气压力达到平衡，耳内的不适很快便消失。

爬过山的小朋友有没有发现，上高山时本来扁扁的饼干包装袋，会慢慢地鼓起膨胀，这是因为高山上大气压力减少的缘故，造成包装内的压力比外面大。

活动建议

在和空气拔河实验中，小朋友拉塑料袋时要轻拉，以免将塑料袋拉破，导致漏气。尽量挑选一些配合度好的小朋友上来当小助手。

参 考 资 料

三百多年前，德国的一个小城市——马德堡，当时的市长正是鼎鼎有名的物理学家葛利克。在一次盛会中，他拿着两个他设计的半球来叩见皇上，请求为陛下表演一个科学游戏。皇上正在兴头上便欣然允许。只见他双手将这两个半球啪地往一起一合，助手递上一个小唧筒，三下两下，就将里面的空气抽光了。这球的半径不过20厘米，里面的空间顶多也只能装三个拳头。然后葛利克将两根又粗又结实的丝绳系在半球两边的环上，招手叫过两个大汉一边一个拔起河来。只见他们脸涨得由红变紫，双方或左或右，互有进退，而那球的两个半块却紧紧地相抱一起。皇帝、皇后看得发呆了，刚才明明是两个随便合起来的半球，怎么会吸得这么紧？这时葛利克又命令两边各加到两人，加到三人。铁球呢？倒像越拉越紧。草地上千人之众鸦雀无声。葛利克喝了一声：“住手！”然后干脆牵过两匹马来，一边套上一匹，两个驭手挥起鞭子，两匹马仰天长嘶一声，四蹄扣地向两边拉起来，可是那球还是依然如故。葛利克又将两边再各加一匹，一会又加一匹，这样一直各加到七匹健马，还是不见分晓。这时皇后早忘了她那在臣民面前应保持的尊容，双唇大开，右手紧紧抓住皇帝的手腕。葛利克又命令两边各加一马，驭手的鞭子甩得如爆竹炸响，马嘶啸啸，尘土飞扬，围观的人群也沸腾起来，各喊加油。只听“砰”的一声，铁球终于裂成两半，两边的八匹马各带着半块小球一下冲出几百米远。这时皇后才闭口松手，喘出一口气来，皇帝的手腕也早被捏出五个指头印来。他忙将葛利克召至台上问：“你变的是什么魔术？这两个小半球，怎么会有这么大的吸力？”葛利克回答：“其实这不是吸力，而是大气压力！”

9光的魔术

物质、运动与能量；适用3～5岁儿童

活动任务

教师通过多个实验帮助小朋友学习光和色彩的关系、什么是白光，以及利用身边的常见物品制作彩虹，从而探究光。

活动目标

1．知道什么是光、白光。

2．学会分离白光，学习光和彩虹的关系。

3．能够用光盘、塑料等制品制作彩虹。

4．感受光的神奇，增进对自然的热爱。

核心概念

1．白光是由七色光混合组成的。

2．看起来白色的物体是因为反射了白光里七色光混合而成的。

活动准备

1．分离白光：手电筒、三棱镜。

2．碟片彩虹：光盘片、白光手电筒。

3．制造夕阳：鲜奶、烧杯、白光手电筒。

4．塑料彩虹：偏光片、塑料制品、白光手电筒。

活动框架

活动过程

Step1：了解白光（5分钟）

师：光和色彩有关系，老师想问问大家，太阳光或灯泡的光是什么颜色？

幼：白色、黄色……

师：光有各种颜色。空中的彩虹有红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色，白光由七色光混合而成。当白色太阳光照射到云层时，云会反射红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色，它们混合后是白色。

Step2：分离白光（5分钟）

【实验】 利用三棱镜将手电筒的光变成彩虹的颜色

步骤1：每组发一个三棱镜及一支手电筒。

步骤2：将教室的灯关掉（注意安全规则）。

步骤3：请小朋友将手电筒的光照在三棱镜上，最好是照在尖角的地方。

步骤4：仔细观察透过三棱镜照出来的光是不是有彩虹的颜色。

原理：白光通过三棱镜，由于光的折射和波长的不同，白光被分散成七种不同色彩的光线。这种现象叫做光的色散。见图1—9—1。

Step3：碟片彩虹（10分钟）

【实验】

如图1—9—2，只要对着白光的光源（如太阳光、日光灯等），光盘片上就会呈现出美丽的彩虹哦！

用白光的手电筒照射光盘，并反射到墙壁或屏幕上，改变光盘或手电筒的角度与方向，就可以看到图1—9—3的各种彩虹。

注意：以太阳光为光源时，请勿直接直视，以避免眼睛受到伤害！

图1—9—1 分离白光

图1—9—2 光盘彩虹

图1—9—3 碟片彩虹

Step4：制造夕阳（10分钟）

【实验】

步骤1：首先在300 ml的水里滴入6滴鲜奶，搅拌均匀使其呈半透明状，外观看起来是淡的乳白色，如图1—9—4。

步骤2：使用白光LED灯手电筒，从杯子外面照射。在装清水的杯子中，灯光穿透清水，光的颜色看起来还是白色的。但是，换成淡乳白色的奶液后，白色灯光变成了橙黄色，如图1—9—5（参照资料1讲解）。

图1—9—4 淡乳白色的奶液和清水

图1—9—5 白光照射淡乳白色的奶液

Step5：塑料彩虹（10分钟）

师：透明的塑料也会有彩虹，你相信吗？日常生活有很多塑料用品，例如尺、叉子、汤匙等，这些看起来透明的塑料用品，可以变成漂亮的彩虹哦！（出示图1—9—6各图片）你们看，塑料的尺、塑料叉子、塑料汤匙、塑料瓶都能形成彩虹哦。那么，这是如何形成的呢？

如图1—9—7，教师在两片偏光片之间放置塑料物品，就可以看到漂亮的彩虹了，而且慢慢旋转其中一片偏光片，彩虹的颜色也会跟着变化哦！（参照参考资料2）

图1—9—6 各类塑料制品形成彩虹

图1—9—7 通过偏光片产生彩虹

活动建议

1．制造夕阳的实验中，原理牵涉复杂的散射，对小朋友而言比较困难，建议不必详述原理，但是可以让小朋友比较高脂、低脂鲜奶有何差别。对于滴入相同量的鲜奶而言，高脂鲜奶会因内含粒子的浓度较高，而照出的光源会更偏橙色，低脂所看到的光源则会比较白。如果浓度调整一致，则高脂与低脂鲜奶的光源颜色会相似。

2．将碟片在靠近墙壁的地方进行照射，实验效果更加明显。

3．手电筒照射时注意不要照到小朋友的眼睛。

注：实验—碟片彩虹、实验—制造夕阳、实验—塑料彩虹参考“台中教育大学科学教育与应用学系科学游戏与实验室”网站相关内容。

参 考 资 料

资料1

原理：当光照射淡乳白色的奶液时，波长较短的光，比如蓝紫光不能绕过液体中较大的粒子，发生了散射；而波长较长的光，比如红黄光能绕过液体中较大的粒子，发生了衍射，所以白色灯光变成了橙黄色光。

资料2

原理：利用偏光片原理以及塑料双折射的特性。首先，偏光片能让光源的光产生偏极化，即偏光片能产生特定波动面的光（称为偏极光），因此偏光片有如光的过滤器。大多塑料制品具有双折射性质，使得通过第一个偏光片的偏极光在通过塑料时，分解为两道快慢差异的光线。而经过双折射的偏极光，通过第二个偏光片时，偏振光的过滤作用，只让某一特定的偏极光通过，因此我们只能看到特定颜色的光。由于双折射的折射程度，和塑料材质的密度、厚度、分子排列等的微小差异有关，因此塑料材质只要有弯曲或形状变化，就很容易显示出这种特性，进而形成彩虹的现象。