课题

      在一只较深的玻璃杯中注水（不要注满），再把一张卡片盖在杯口上，用手按着卡片将玻璃杯倒转，然后把托住卡片的手移开。

实验原理

         设玻璃试管为圆柱形，高度为H，水深h，盖上卡片时管内空气柱体积是V0=(H-h)S，倒置后，卡片受水的压力将向下稍有突出，使杯内的空气柱的体积变大；即便卡片的形变很小，由于管口处水的表面张力作用使卡片不致落下而向下产生微小的位移，从而使杯内空气柱的体积变大V=V0+△V,于是使气体的压强减小P=P0-△P，根据一定质量气体的等温变化规律，可得P0V0=PV=(P0-△P)(V0+△V)V0△P=P0△V-△P△V,略去△P△V，则V0/△V=P0/△P，若△P=ρgh,且卡片的重量略去不计，则卡片可以被大气托住，代入上式可得，△V=ρghV0/P0。由于水柱产生的压强比大气压要小得多，所以只要气柱体积有微小的变化，就能满足上述条件，因此管中的水不注满时，大气也能把卡片托住。

         至于管中水的多少对实验有何影响，学生一下难以猜测，可以对一些特例进行计算：例如，水柱高9cm，气柱高1cm，可以算得，卡片只需要向下移动的距离约为d=0.1mm；如果水柱高为5cm，气柱高为5cm，计算的结果d=0.25mm；如果水柱高为1cm，气柱高为9cm，计算的结果近似为d=0.1mm。实验时可以发现，水柱高与气柱高各为试管长的一半时，实验比较难成功。由此定性地证实了上述计算结果。

探究活动设计评价

方案

对象：高中学生

目标：训练学生的思维，能利用数学工具进行深入分析

模式：自主定位性课题研究

过程：教师演示，请学生作为一个研究课题以小组的形式进行探究，最后以论文的形式交流。在过程中，教师需了解学生进展情况，必要时可以就下列问题进行引导（不要一次把所有问题全盘托出）

    请想一下，可能发生什么样的现象？

    如果卡片不落下，是什么原因？

    影响卡片落下的因素有哪些？

    杯中注入水的多少，对实验有什么影响？

    你能用实验来验证一下你的想法吗？为了使效果明显，可以用试管来进行实验。

评价

    实验观察和数学推理是科学研究中的两种重要手段，只有使这两种手段有机结合，才能够获得关于物理现象的全面的、内在的本质认识。因此在实验教学中，应十分注意数理的结合，即使在定性的观察实验中，也应当重视运用数学工具进行科学思维推理的训练，以提高学生运用数理知识分析和解决实际问题的能力。覆杯实验在初中曾经做过，不过当时杯中的水是注满的，对其现象的解释比较简单，而在杯中封闭一定质量的空气后，问题的解决就比较复杂，一些非理想的情况（如倒置后卡片的形变或微小的下移）的发现，必须有敏锐的观察力和想象力，还必须有一定的逻辑推理的能力，因此这一课题对训练学生的思维是有价值的。