托里拆利实验

1643年6月20日，托里拆利实验由意大利科学家托里拆利首次开展，故名托里拆利实验。^[1]这个实验测出了1个标准大气压的大小为约760mm汞柱或10.3m水柱。^[2]

大气压是由大气重量所产生的的压力，即单位面积所受的大气柱的重量。然而当时人们无从得知大气柱的具体重量，基于上述背景，意大利科学家托里拆利以实验的方式平衡水银柱和大气柱的重量，让人们对大气柱重量有了新的认知。^[3]

标准大气压 P =13.6×10^3千克/立方米×9.8牛顿/千克×0.76米 ≈1.013×10^5牛顿/平方米=1.013×10^5帕斯卡=76厘米汞柱 =760托 =760毫米汞柱

1毫米汞柱=1.01325*10^5帕斯卡/760=133.32帕斯卡^[2]

1.证明大气压强的存在,使水银柱在管内保持不变；^[4]

2.通过实验能测出大气压强的具体数值；^[4]

3.能进一步拓展确定自然界中存在真空现象的事实。^[4]

托里拆利实验器（J2116型），水银，长度为1米以上的长玻璃管（或两根玻璃管中间用橡皮管连接），水槽（烧杯），刻度尺。^[2]

1.单手握住玻璃管中部，将管内灌满水银并排净管内空气；

2.用另一只手指紧紧堵住玻璃管开口端并把玻璃管小心地倒插在盛有水银的槽里，待开口端全部浸入水银槽内时放开手指；

3.将管子竖直固定，当管内水银液面停止下降时，读出此时水银液柱与水槽中水平液面的竖直高度差，约为760mm。^[2]

1.逐渐倾斜玻璃管，发现管内水银柱的竖直高度不变。继续倾斜玻璃管，当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气，而管外液面上受到的大气压强，正是大气压强支持着管内76厘米高的汞柱，也就是大气压跟76厘米高的汞柱产生的压强相等。^[2]

2.控制变量法：用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验，也可同时开展实验并将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。^[2]

5．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。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。^[2]

1.液体的压强与液体的密度和深度有关，与管子的粗细无关。^[2]

2.若想水银槽内继续加入水银，水银管内的液面高度也随之上升，不过管内外水银面的高度维持不变。^[2]

3.管内液面高度与管子的倾斜程度无关。^[2]

4.水银管内高度在高山上和在平地上的高度值不一样，高山上的高度比平地上管内高度小，因为在高山上空气稀薄，大气压偏小，所以测得的值也就偏小。^[2]

5.不能用p=pgh来计算大气层的厚度，因为大气的密度是不均匀的,即空气的密度是变化的。^[2]

6不同的液体，在托里拆利实验中的管内高度不同，比如水的管内高度为10.336m，酒精的高度为12.9m。若采用水做实验要求10.336m以上的管子，若用酒精做实验要求12.9m以上的管子，会造成实验的不便，所以一般不采用水和酒精做实验。^[2]

1.玻璃管长度应大于76cm，否则会出现注满玻璃管没水银柱高度始终小于76cm。^[5]

2.实验前应充分排净管内空气，否则会出现测量值小于真实值的情况，即管内水银柱高度小于76cm；若测量值大于真实值，则可能是没有把管放竖直，且沿管的方向测量水银柱的高度。^[5]

在传统实验装置中，托里拆利管与水银槽是分离的两个装置，在灌水银时空气容易残留在管内，且水银容易溢出。此外，在导倒置托里拆利管时，手指必须堵住管口，并将手指和管一起放入水银槽中，操作难度较大，容易导致水银飞溅，缺乏一定安全性。^[6]