物理与化学的对话
——从气体压强说起
何艳阳 郭菁
初三阶段，初中物理、化学的基本内容已经学完，很多学生都提出了一些疑问，其中有一些知识内容属于物理和化学的交叉知识，甚至出现一些用语的矛盾。物理、化学教师也经常针对学生的疑问在一起讨论。经过一段时间的探讨，我们物理、化学两位教师决定做一次学科整合，进行一次“物理与化学的对话”，带领大家一起研究探讨相关问题。下面针对某一次课中的一个环节——“压强”做简单介绍。
课堂上，物理教师首先提出让学生用物理的方法设计喷泉实验，并分析喷泉形成的原理。学生经过讨论设计出了两种方案。教师根据学生的方案，给学生提供相应的实验器材并指导学生用两种方法展示喷泉实验。
方法一：如图1所示，用抽气筒抽出部分圆底烧瓶中的气体，这时瓶内的气压小于外界大气压。再捏住胶管插入烧杯中；如图2所示，松开手，红色液体就会沿着胶管涌入烧瓶中，形成美丽的喷泉。
方法二：如图3所示，圆底烧瓶中加入少量的水，加热烧瓶，当烧瓶上方有足够多的热的水蒸气后，原来瓶内的空气被排出一部分，停止加热后，部分水蒸气液化，烧瓶内压强变小，小于外界大气压，再将烧瓶倒插入烧杯中，红色液体涌入烧瓶，从而形成美丽的喷泉。
图1
图2
图3
接下来，化学教师问学生能否用化学的方法，利用一些气体的性质来形成喷泉？学生经过讨论也得出两种方案。
方法一：利用某些气体极易溶于水的性质，将气体溶于水从而减小烧瓶内压强，使其小于外界大气压。通过查找资料，学生选择了极易溶于水的氨气，设计了如图4所示的装置，在烧瓶中收集满氨气，将胶头滴管中吸满水，组装好装置后，将水挤入烧瓶中，氨气溶于水中，烧瓶内压强小于外界大气压，打开弹簧夹，烧杯内加有酚酞的水倒吸入烧瓶中，形成喷泉，同时液体由无色变为红色，该现象还能说明氨气溶于水并与水反应，溶液显碱性。
方法二：用溶液将气体反应掉的方法也能实现喷泉实验，例如学生们设计了如图5的装置：烧瓶中收集满二氧化碳，用氢氧化钠的浓溶液代替胶头滴管中的水来重复上述实验，也形成美丽的喷泉。
图4
图5
图6
接下来教师进行总结：以上无论是物理的方法还是化学的方法，归根结底目的都是为了降低瓶内气压，使瓶内压强小于外界大气压，液体被压入烧瓶中，这就是形成喷泉的原因。
学生学习上述内容之后，能否将这个原理应用在解决其他有关压强的问题中去呢？于是物理教师提出了新的情景：如图6所示，如何用物理方法让瓶中的气球膨胀起来呢？学生小组讨论，提出解决方案，指出可以直接向连着气球的胶管a中打气，使得气球内部的气体压强大于瓶内大气压而膨胀。还可以直接从连接瓶子的胶管b向外抽气，使得瓶内气压小于气球内的大气压从而让气球膨胀。
图7
接下来化学教师提出要求，让学生通过化学方法让气球膨胀起来，并分析其中的原理，准确描述出来。学生经过讨论很轻松地提出了要想让气球膨胀起来，就是要让气球外面的压强小于内部的压强，而气球的内部是与大气相连通的，所以只要减小烧瓶内部压强就可以让气球膨胀起来。如图7所示，减小烧瓶内压强的方法和前面形成喷泉实验的方法是一致的。
学生的分析能力和对问题实质的认识能力，通过以上的学习过程都得到了较大幅度的提升，学生能够从原理上分析，快速地找出解决问题的方法。
在化学中，物质发生变化时往往会引起气体量的变化和温度的变化，而这些变化可以引起压强的变化，压强变化的基本原理是在物理中学习过的。经过物理、化学的学习，学生已经学会从多方面、多角度思考问题，了解到侧重点不同，描述问题的切入点就不同。
研究了上述压强问题后，我们给学生留了新的问题，让学生组成物理、化学研究小组，提出其他有关物理化学交叉的相关知识，后面再分专题继续研究。
（本文发表在《北京教育》2015年12期）