摘要 为了解决托里拆利实验不能在课堂进行演示教学以及实验中存在的困难，根据演示实验简洁、明了、直观的要求，设计了不撒落水银、操作方便的托里拆利演示实验，使托里拆利实验真正进入课堂教学．
托里拆利实验是历史上著名的用来测定大气压值的一个实验．把它用于教学实验，无论是演示效果、设计思想，还是教育意义都是非常好的．但这一实验是在实验室进行的一项科学实验，把它直接用于教学实验，还存在很多困难．如用传统的实验方法，水银灌注时难免撒落造成污染，且无法一人操作，没经训练的学生又不能协助完成；有些改进的实验装置虽不用灌注水银，但结构复杂，影响物理概念的理解，或成本高，操作时仍有难度，携带不方便等．所以至今将这一实验在课堂进行演示教学仍存在不少困难，一般只能在黑板上讲一讲完事，这不能不令人遗憾．
为了把这一重要的实验真正带进课堂，使学生直接观察或测得大气压值，我们设计并制作了一种新型的全封闭、无污染的托里拆利实验装置．经过几年来的教学实践，不断改进和提高，已日趋完善，取得了很好的教学效果，现介绍给大家．
一、实验装置
如图1所示，在一附有标尺的长条木板的一端距端面5ｃｍ处，装一铁丝弯成的支架（高约7ｃｍ左右，可转动），木板正面固定一带阀门的长玻璃管（托里拆利管），玻璃管上端接一段带有胶管夹的橡胶管，下端用橡胶管连接一塑料注射器．在注射器筒上端口处开一小孔，这样当柱活塞推过小孔时可将液体封闭在针筒内或压向托里拆利管，向外拉过小孔时，可使管内与大气相通．
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| 图1 |
实验前将木板立起来，向注射器内倒入适量水银，插入柱塞并推过小孔后关闭玻璃阀门，将水银封闭在里面，以备课堂教学实验用．
二、实验方法
实验时，将装置横放在桌子上，打开玻璃阀门，轻推注射器，柱活塞将水银慢慢压向玻璃管，当水银柱液面超过玻璃阀门时，依次关好阀门及胶管夹后，再轻轻将注射器柱活塞拉出至小孔之上，使注射器内水银面与大气相通，再将木板竖立起来，水银柱开始下降，玻璃管上端出现托里拆利真空．水银柱下降一定高度后将保持在一定位置上，两水银面的高度差不随玻璃管的倾斜而变化，该段水银柱产生的压强就等于当时当地的大气压值．
三、水银柱高度的测量
当托里拆利管竖立时，大气压支承的水银柱的高度可通过木板上的米尺直接读出．当托里拆利管倾斜时，水银柱长度增加，但两液面的竖直高度差不变．在黑板上画出相距为大气压所支持水银柱垂直高度的两条水平线，然后将木板背面的铁丝支架转到前面，将木板背面贴在黑板上，使上下水银液面和二水平线分别对齐，然后左右倾斜托里拆利管，则两液面始终和二直线相平，说明虽然倾斜时水银柱长度发生了变化，但两液面的竖直高度差不变，大气压所支持的水银柱高度是一个定值（标准大气压为76毫米水银柱高）．
四、实验现象分析
玻璃管内水银液面上方是托里拆利真空，没有大气压作用，而注射器筒内液面则和大气相通（对学生演示时可把注射器柱活塞拔下来），受到大气压强的作用．正是大气压强支持着玻璃管内的水银柱，也就是说，大气压强跟760毫米水银柱产生的压强相等．
在解释这一现象时，常有学生不理解，误认为水银柱之所以不降下来，是托里拆利管内真空吸力或其他力作用的结果，而看不出是大气压强作用的结果．关于这个问题，历史上托里拆利做这个实验时也有过很长时间的争论，但利用这个装置通过如下实验可以容易的得到证明：托里拆利管内水银柱的高度取决于大气压强值，大气压强值改变了，它所支持的水银柱高度亦将发生变化，所以可通过改变针筒内水银面上方的空气压强来说明．当把柱活塞插入针筒向下推时，注射器内水银面上方的空气压强增大，当超过大气压值时，则托里拆利管内水银柱的高度增加；当向外拔出柱活塞时，针筒内空气压强减小，托里拆利管内水银柱的高度下降；当把注射器内柱活塞拔出，再把托里拆利管的玻璃阀门打开，则托里拆利管内水银柱液面也受到相同的大气压强的作用，所以水银柱的高度急剧下降，最后水银的两个液面达到了同一高度（在同一水平面上）．如此可说明支持托里拆利管内水银柱的是作用于注射器筒内水银面上的大气压强，而不是来自托里拆利管内真空的吸力或其它力作用的结果．
五、几点说明
1．实验时如有气泡出现在托里拆利管内的水银柱中，可不必处理，让水银将气泡带过玻璃阀门到达橡胶管（直径较大）处，空气会自然排出．
2．若无带阀门的托里拆利管，亦可用普通玻璃管套橡胶管与阀门相连的办法代替，但密封要好，还应注意连结处易藏气泡．
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| 图2 |
3．上述实验亦可改用胶管夹代替玻璃阀门，如图2所示．把长玻璃管上部用砂轮轻轻打磨变尖后套一细胶管，再把输液用的滴管的滴壶部分截下，接在细胶管上以储存流过胶管夹多余的水银．细胶管可用自行车的气门芯，用镊子撑开套在长玻璃管上．这样连接处不易藏气泡，可使实验误差很小，一般不超过1%，这是我们认为最好的一种结构．
该实验装置结构简单，制作方便，在一般初中物理实验室的条件下，都能制作．水银用量很小，密封好，绝不会撒落．操作简单，一个人约一两分钟即可完成实验，且能保证实验精度．实验的物理意义明确清晰，学生很容易理解．
由于结构简单精巧，在课堂演示该实验时，实验装置可靠在墙边、挂在黑板上或立在铁架台上．如后排同学看不清楚，还可随手拿到后面演示，所以特别适合于课堂实验教学．