对“覆杯实验”的思考

初中物理大气压这一章节中，开篇有个小实验：取一个玻璃杯，往杯中灌满水，再取一张比杯口略大些的不渗水的硬纸片（或塑料片）盖于杯口，用手按住硬纸片将玻璃杯缓慢倒置后，放开按住硬纸片的手，水将不会落下来。通常教师让学生在课堂上做这个实验，学生兴致高昂，按老师要求的要点纷纷成功再现纸片将一杯水托住的“奇迹”。接着老师又会指导学生把纸片掀开一点让空气漏进杯里，水哗一下将纸片冲下。教师趁机引入大气压的概念，一节关于大气压的课就此顺利进行下去。这就是初中物理很有名气“覆杯实验”。主要是要利用大气压将水托住，有些老师最后还会给学生解释原因：里面水是满的，用纸片盖住，里面没有了空气，或者里面空气很少，这样内外便会有一个气压差，这个气压差很大，足以将这部分水托住。但是很多教师恐怕和我都有过同样的做法，用半杯水代替满杯水，结果也能成功！难道说这个实验是错误的吗？

笔者经过大量的实验发现：无论用什么样式的杯子，只要杯子灌满水，用纸片覆盖，手掌按住纸片将玻璃杯缓慢倒置后，放开按住纸片的手，水将不会落下来。需要注意的是纸片不能太薄太软了，否则玻璃杯缓慢倒置后纸片凹凸程度明显，很容易漏气从而影响实验。用半杯水做这个实验时，很多大口杯子较容易出现水不落下来。若用小口径瓶子如矿泉水瓶子来重复整个实验，比对效果很明显：灌满水倒置后水不会落下来，且可以看到纸片凹进瓶口，可见大气压的作用现象很是明显，再将水稍倒出一点，用纸片封住瓶口倒过来，纸片却怎么也托不住水来。于是我猜想：由于水的作用，大口杯子和纸片产生力的作用比杯中水对纸片向下的力大，口小的杯子和纸片产生力的作用比杯中水对纸片向下的力小，可见水的表面张力对这个实验有本质上的影响。

我上网查阅了资料，很多教育界的同行对这个事都有不同的看法。如一位顾老师用理论进行证明：大气压强能支持约10米水柱，而在本实验中杯中水的高度仅十几厘米，因而大气压力远大于杯中水的重力；进一步计算得出，如果托住水和纸片的力是大气压力的话，那么在纸片下应该能悬挂28.94kg的重物。但实验证明，纸片下根本不能挂如此重的物体。且在覆杯实验中，用半杯水代替满杯水，结果也能成功……这说明该实验中用大气压的作用不能很好的解释实验中出现的一些现象，水的表面张力引起的附加压强才是托住水的主要原因。还有苏州秦老师在“探究‘覆杯实验’的奥秘”一文中同样也是认为并不是纸片托住了水，而是水吸住了纸片。

对以上老师的观点我仔细的想了很久，同时又和生活中的一些现像作了对比，如学校实验室里的马德堡半球和生活中的吸盘对比，为何生活中的吸盘大气压的作用效果不是很好呢？我猜想这很可能是物体本身的材料、形状、软硬、接触面的密和程度等因素造成的，为了验证我的猜想，我重新拿了一些不同形状的杯子做实验，在实验中我重点观察在实验中器材的变化情况，结果真是像我猜想的一样，在实验过程中，杯与盖之间总是存在接触不整合的问题，这样就会出现前面我们所看到的现象。 当然对上面两位老师的观点我暂且保留了自己的看法，但对两位老师主动探究真理的科学精神很是让我敬佩。于细小处见真伪，作为一名物理教育工作者，我们在服从教材的同时还要钻研教材，更重要的是有颗敢于从事科研的心。我正在努力……