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大氣壓力－真空罐
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力與壓力（第四冊第六章第三節)
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大氣壓力
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45分鐘
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林宣安老師
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一、 藉實驗觀察與講解，能了解生活中哪些現象與大氣壓力有關。
二、 藉由大氣壓力的實驗觀察，能解釋此現象的原理。 -
5ml滴管x2、水性墨水（水彩顏料）、水、耐高溫透明塑膠杯、3號氣球、鋁箔包裝零食、棉花糖、剪刀、真空罐（含抽氣棒）、打氣筒
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一、 將真空罐等器材準備齊全，挑選可放入真空罐內大小的燒杯，並將滴管剪裁成適當長度。
二、 準備氣球及鋁箔包裝零食。（兩者內需含適量空氣，且大小可置入真空罐內）
三、 準備接近沸騰的熱水。
- 時間 教學活動流程 教學資源
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5分鐘一、 生活連結與預測
1. 詢問學生是否去過高海拔的地方，當地商店裡販售的餅乾是膨脹的還是緊縮的？
2. 使用吸管喝飲料時，若吸管上有破洞，飲料是否能被順利吸取？為什麼？ -
25分鐘二、 操作與觀察
1. 依操作步驟進行安裝與實驗。
2. 教學提示：
(1) 使用滴管吸紅墨水的時候，須注意水的高度不可吸到滴管頂端，以免紅墨水無法下降，亦不可吸取過少紅墨水，以便能明顯觀察水位下降。
(2) 利用真空罐進行氣球或棉花糖抽氣實驗時，若因抽氣速度較慢，學生無法明顯察覺抽氣前後的差異時，可使用兩個真空罐作為對照，一組為抽氣前，另一組為抽氣後的狀態。
(3) 若欲使低溫沸騰實驗效果更加明顯，水溫需儘量接近100度，切勿太低溫，以免花費過多時間抽氣卻效果不彰。
(4) 若取用開飲機熱水進行實驗，請按「再沸騰」後再取用，並儘速使用。
(5) 亦可使用50ml針筒抽取滾熱的水後，接上單向閥，再將拉桿用力向外拉以觀察低溫沸騰的狀況。
3. 延伸實驗：
(1) 將滴管內的水位做記號，再持續抽氣，並且使氣泡從滴管口冒出許多後，詢問學生，若將真空罐氣壓回復後，滴管內的水位會比原先的水位高或是低？
(2) 氣球吹不大？
將氣球反套在寶特瓶口，嘗試看看是否能往瓶內吹氣，將氣球吹大？若是無法，該如何調整才能將反套在寶特瓶內的氣球吹大？
(3) 吸管吸水將吸管上方剪一個小洞，並利用此吸管吸水，是否可以將水吸上來？若是無法，為什麼不行？ -
5分鐘三、 原理說明
1. 氣體是有重量的，大氣的重量形成大氣壓力。大氣的密度分布及壓力並不均勻，地面附近氣壓最大。海拔高度越高，氣壓越低。
2. 真空罐抽出內部的氣體使氣壓降低，能用來觀察低壓下的現象。
3. 密閉容器內的氣體在溫度固定或變化不大時，若受到的外界壓力降低，體積會膨脹。未修剪的滴管、棉花糖及氮氣充填包裝袋等都是上述原理所致。
4. 剪去頂部的滴管已經不是密閉容器，內部氣壓和外部相等，所以遵守連通管原理，內外水面大約等高，只因毛細現象而略有差異。
5. 液體的飽和蒸氣壓若大於所受壓力，就能沸騰。溫度越高，飽和蒸氣壓越大，達到沸點就沸騰。另一種方法是降低外界壓力，降至比液體飽和蒸氣壓小也能使液體沸騰。
6. 煮熟食物需要高溫，壓力鍋藉著高壓使水在高於100度才沸騰，較容易煮熟食物。反之，高山上因氣壓低，食物不易煮熟。
液體的飽和蒸氣壓大於外界的壓力就產生沸騰現象。在1大氣壓下，水的沸點是100℃，乙醇（酒精）的沸點是78℃。但是在較低壓力下，水不到100℃就會沸騰。 -
10分鐘四、 問題與討論
1. 為什麼紅墨水在滴管內會下降？
解答：真空罐內的氣體被抽出後，真空罐內的氣壓變小，相對的，使滴管內的空氣氣壓大於外界（真空罐內）的氣壓，而將滴管內的水向下壓。亦可回答因為真空罐內部的氣體被抽出，故氣壓減小，無法支撐原來的水柱高度。
2. 若是將氣體灌回真空罐內，滴管內的水柱高度將會如何變化？為什麼？
解答：將氣體灌回真空罐內，使真空罐內的氣壓變高，大於滴管內的氣體壓力，將使滴管內的水壓回復至原來的高度。
3. 在抽氣的過程中，滴管內的紅墨水全部被排出後，若持續抽氣會發生什麼事？
解答：真空罐內的氣壓若再降低，使滴管內的氣體壓力相對較大，氣體會從滴管內部往外被抽出，而產生氣泡往水面冒出。
4. 為什麼氣球和鋁箔包裝零食在真空罐內會膨脹？
解答：將真空罐內的氣體抽出，使其內部的氣壓變小，並且使原先在氣球內或是餅乾包裝內的氣壓大於外界（真空罐內）的氣壓而向外擠壓，導致氣球或是鋁箔包裝零食漸漸變大。若繼續抽氣，使外界氣壓更小，則氣球或餅乾包裝的內外壓力差將愈來愈大，可能使包裝內的氣體往外擠壓而將餅乾包裝擠爆或是將汽球撐大。
5. 為什麼未沸騰的水在真空罐內會沸騰？
解答：當液體上方的氣壓等於液體的飽和蒸氣壓時，液體表面就會開始沸騰。若外界氣壓持續降低，最終降至液體飽和蒸氣壓以下時，液體內部也會發生沸騰。因此將真空罐的空氣抽掉時，真空罐內的氣壓降低，使熱水未達100度也能發生沸騰現象。