丁智勇 顾江鸿 赵 明 张新秀

对覆杯实验中空气柱长度因素的实验研究

丁智勇 顾江鸿 赵 明 张新秀

覆杯实验是验证大气压强存在的经典实验，操作方法为：取一个杯子，将杯中装满水，再用一张不渗水的纸片盖住杯口，用手按住纸片将杯子缓缓倒置后，松开按住纸片的手，由于大气压强的存在，薄薄的纸片将托起整杯的水。很多文献[1-9]专门对覆杯实验的原理和操作方法等进行了论述，提出了各自的见解和观点。文献[1]针对覆杯实验中争论的焦点问题—“杯中的水是否要装满”展开论述，通过对杯中气体的压强进行理论分析后得出定量结论：当杯子总长度为18 cm时，被封闭的空气柱长度不能大于3.3 cm；若杯子总长度更长，被封闭的空气柱长度应更小。在此基础上，提出顺利进行覆杯实验的条件之一是：“杯中的空气越少越容易成功。”通过实验我们发现，覆杯实验成功与否并不取决于杯中空气柱的长度。下面简要介绍实验材料和实验方法，对文献[1]理论分析中忽视的问题进行分析，并对实验现象进行合理的解释。

一、实验材料与实验方法

本实验用到的实验材料有：普通玻璃试管1根(长19 cm，直径3 cm)，薄塑料片1片(4 cm×4 cm)，自来水若干。为了看清试管中被封闭的空气柱的长度，我们在试管壁上标上刻度，通过刻度可以清楚地看到试管中的水位，从而读出试管中被封闭的空气柱长度。为了增加视觉对比度，突出演示效果，我们在自来水中滴入几滴红墨水。

为了验证试管中被封闭的空气柱长度与覆杯实验的成功演示并无直接关系，我们控制试管中被封闭的空气柱长度，分别进行了以下4组实验：(1)空气柱长度为0时的覆杯实验；……