前言:

中华民族是一个酷爱实践的民族。在中国古代,人们十分重视用实验去研究物理现象与规律。一些实验构思奇特,设计巧妙,在漫长的岁月中经受了历史的考验,至今仍然光彩艳丽。不过,物理学在古代不是一门独立的学科,其资料散布极其广泛,收集起来并不容易。本文从“趣味性”角度出发,从各种典籍中选出一些物理实验予以介绍,目的在于了解当今趣味物理实验发展变化的历史背景。

1、“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。

早在南北朝成书的《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功时,用“试管履行”来演示。

2、“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。”

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