逍遥右脑 2017-05-25 09:36
一：“铜瓮雷鸣”实验
西汉刘安(前179～前122)在《淮南万毕术》中云：“铜瓮雷鸣。”其注日：“取沸汤置瓮中，坚塞之，内于井中，则作雷鸣，闻数十里。”意思是：把开水倒进铜瓮里(但勿倒满)，将铜瓮密封后丢入井中，声似雷鸣，数十里也能听到。铜瓮怎能“雷鸣”?原因可能有两种：第一，铜瓮在下沉过程中，瓮内水面之上蒸气遇冷降温凝结，压强减低，水的沸点随之降低，水再次沸腾作响;第二，若瓮壁极薄，当瓮内压强降低时，受大气压加水压的作用，铜瓮向内破裂，造成爆炸，声似雷鸣。上述两种现象，都是通过空气冷凝的方法达到做功的目的。现中学用铁皮盒替代铜瓮演示上述第2种现象，实验时因条件限制不在水中而在空气中进行。若演示上述第1种现象，则是将烧瓶内水烧开后稍冷却，再在瓶外浇冷水降温减压来实现。
二：“虚管悬液”实验
唐代王冰注解《黄帝内经素问》时指出：“虚管溉满，捻上悬之，水固不泄，为无升气而不能降也。”意思是：用手指捏住空管的一端，将管中灌满水后倒过来，水不会从管中流出。因为外面的空气不能进入管中，所以管里的水不会流出来。
这就是“虚管悬液”实验，它证明了大气压强的存在。当管中充满水后，空气不能进入管中。将管倒过来，管内压强为水压，其值通常小于管外的大气压强，故水“悬”在管中。这个实验是从“瓶子倒水”实验演绎过来的。
早在南北朝的《关尹子》一书就已指出：“瓶有二窍，水实之则倒泻，开一则水不下，盖不升则水不降。”意思是：在密封的瓶上开两个小孔，瓶中灌满水，水就会从瓶中倒出。若只在瓶中开一个小孔，水是倒不出来的。因为此时空气不能在瓶中对流。很显然，上下两端开口的瓶子，下口上面压强为一个大气压加水压，下面压强是一个大气压，这种情况下水会从下口流光。但将瓶的上口封住时，水向下滴落一点点后，瓶内气体体积增大，压强减小，当瓶内气压减小量与瓶中水柱产生的压强相等时(有时只要水的下表面向外凸出一点点就行)，水就不会流出来了。
该实验，常有教师在讲到大气压作用时，用“试管履行”来演示。
三：“瓶子喝水”实验
宋代俞琰(1258～1314)所写的《席上腐谈》一书：“剧烧片纸纳空瓶，急覆于银盆水中，水皆涌入瓶，而银瓶铿然有声，盖火气使之然也。又依法放入壮夫腹上，挈之不坠。”这段话的意思是：将剧烈燃烧着的纸片放入空瓶里，迅速把瓶倒扣在装有水的银盆中，水就会涌进瓶里，并且铿然有声。因为纸片的燃烧使瓶中空气减少，待瓶内空气冷却后压强降低的缘故。按这种办法把瓶扣在人腹上，瓶子会吸住腹肌而不坠落。很明显，纸在瓶中燃烧，瓶内空气膨胀，空气从瓶中“跑”掉一部分。把瓶扣在水中，氧气燃尽，火焰也就熄灭，此时瓶内温度降低，压强减小，瓶外空气压迫盆里的水涌入瓶中。记载中尽管没有说明这是大气压作用的缘故，但能指出“盖火气使之然”，这在当时已是了不起的事情。古代记载大气作功的实验有许多，还在先秦时期，我国就用“角法”(今“拔罐疗法”)治病了，可见“瓶子喝水”实验并不“年青”。当今人们选择泡菜坛子，先在坛外沟槽中倒水，然后把燃烧的纸片丢进坛中，盖上坛盖，看沟槽中水是否被吸入盖内或坛腹，以此判别坛子是否漏气。其检测原理就是“瓶子喝水”的实验原理。
四：“纸人共振”实验
北宋科学家沈括(1031～1095)在《梦溪笔谈》中指出：“欲知其应者，先调诸弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。”沈括的意思是：要想知道某一根弦的应弦，可以先把各条弦的音(依五音声阶)调准，然后剪纸人放在这根弦上。这样一弹它的应弦，纸人就会跳动，弹其他弦，纸人则不动。
这就是著名的“纸人共振”实验。所谓共振，是指一个物体振动的时候，另一个物体也随着振动的现象。发生共振的两个物体，它们的固有频率一定相同或成简单的整数比。如弹动“哆”弦，别的“哆”弦也动，弹动“咪”弦，别的“咪”弦也动。其实，早在沈括以前，已经有人做过“瑟弦相应”实验，战国时庄子(前365～前286)在他的著作中就提到一个叫鲁遽的人：“为之调瑟，废(置)于一堂，废于一室，鼓官宫动，鼓角角动，音律同矣。”只不过“纸人共振”实验更为直观和有趣罢了。
五：“循烟燃烛”实验
姜岌在《续古文苑》一书中介绍了一个有趣的实验：“今燃一烛在上，一烛在下，灭下烛使烟相当，则上烛之炎，循烟而下，燃下烛矣。此类相从也。”意思是：现在让我们点燃两支蜡烛，一支放在上面，一支放在下面，将下烛的火焰吹灭，使它产生的烟雾(即蜡烛燃烧时产生的蜡蒸气)正好对着上烛的火焰。此时，上烛的火焰会沿下烛烟雾传递过来把下烛点燃。这是因为固态的蜡烛和气态的蜡蒸气都属于同一种物质。在中学物理实验活动课中，常演示“空中飞火”、“火外生枝”两个实验，它们是从“循烟燃烛”中派生出来的。