演示流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置

邵邦武

(養(yǎng)正中學(xué)，福建 晉江 362261)

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演示流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置

邵邦武

(養(yǎng)正中學(xué)，福建 晉江 362261)

摘要：利用有機(jī)玻璃管、吸管、泡沫球等簡易材料自制了演示流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置. 該裝置有效地解決了小球隨意滾動、吹氣方向不固定等問題. 實(shí)驗(yàn)用泡沫球代替乒乓球，并將其放置在玻璃管中放置，使實(shí)驗(yàn)過程不受外界空氣影響，且較輕的泡沫球更易運(yùn)動，實(shí)驗(yàn)效果更明顯. 利用該原理還自制了模擬非洲草原犬鼠洞穴的演示裝置，有趣且直觀地演示了犬鼠洞穴中的氣體流向.

關(guān)鍵詞：流體壓強(qiáng)；流速；流向

1引言

滬科版八年級物理“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”這節(jié)內(nèi)容，教材中關(guān)于探究“氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”所示的實(shí)驗(yàn)器材，在實(shí)際操作時(shí)效果并不理想. 教材中所示的器材(如圖1)是用吸管向放在2根筷子上的2個(gè)乒乓球中間吹氣，可以觀察到2個(gè)乒乓球會向中間靠攏，其目的是為了說明兩球中間空氣流速大壓強(qiáng)小，而兩球外側(cè)的空氣流速小壓強(qiáng)大，即外側(cè)與中間形成壓強(qiáng)差，所以乒乓球被壓向中間. 然而實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)效果并不理想，存在以下幾個(gè)問題：2個(gè)乒乓球放在筷子上受筷子的平整度影響不容易放平穩(wěn)；即使放穩(wěn)了，兩球的間距也不能太大，否則實(shí)驗(yàn)效果不明顯；吸管不固定，放置在什么位置吹氣效果最好，學(xué)生難以把握；如果持續(xù)吹氣，當(dāng)兩球?qū)⒁繑n時(shí)球會被氣流吹掉，影響觀察效果. 總之，學(xué)生在操作該實(shí)驗(yàn)時(shí)要達(dá)到較好的效果需要反復(fù)多次實(shí)驗(yàn).

圖1　教材中的實(shí)驗(yàn)圖

2實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

針對以上不足，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，如圖2所示，該自制裝置演示效果較好.

圖2　流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)器改進(jìn)圖(正面)

制作材料：外徑為5 cm，壁厚為0.2 cm，長度為20 cm的透明有機(jī)玻璃管；直徑為1 cm的實(shí)心有機(jī)玻璃棒；直徑為1 cm，長約為20 cm的粗吸管；直徑為0.5 cm,長約20 cm的細(xì)吸管；直徑為4 cm泡沫實(shí)心小球；有機(jī)玻璃專用膠水.

制作方法：

1)在透明有機(jī)玻璃管正中間鉆透2個(gè)直徑為1 cm的小圓孔，以便讓直徑為1 cm的吸管插入.

2)在玻璃管內(nèi)壁距底部約1/4處粘上1根細(xì)吸管，使得泡沫球放在玻璃管內(nèi)不會隨意滾動.

3)如圖3所示，在玻璃管外壁靠底部的中間處粘1小節(jié)玻璃柱(從直徑1 cm的實(shí)心有機(jī)玻璃棒上截取)，使得玻璃管在水平面上不會滾動.

圖3　流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)器改進(jìn)圖(背面)

4)用美工刀在吸管下端削割出2個(gè)長度約4 cm的長條形孔槽，當(dāng)吸管從小圓孔插入玻璃管時(shí)，玻璃管中的空氣通過孔槽與吸管相通.

5)如圖4所示，在粗吸管上端口包一節(jié)長約1.5 cm的粗吸管(從另一根吸管上截取，用剪刀剪開，包在吸管上粘牢即可)，讓其一半露出，使得在它上面可以另外插入一節(jié)約4 cm長的粗吸管，當(dāng)成活動的吹嘴，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)只需更換吹嘴就可以多人多次進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

圖4　吸管

6)把粗吸管從玻璃管的兩小圓孔插入，使粗吸管的孔槽正好留在玻璃管內(nèi)即可.

7)在玻璃管兩端各放入1個(gè)泡沫小球，球只要完全在管內(nèi)，吹氣時(shí)都能向中間靠攏.

注意：小球的直徑不宜太小，球的直徑截面越大受的壓力差也會越大，更容易向中間靠攏.

使用方法：

把儀器放在水平桌面上，在吸管上端插入吹嘴，把泡沫小球放入玻璃管內(nèi)，口含住吹嘴用力吹氣，2個(gè)泡沫小球立即向中間靠攏.

儀器優(yōu)點(diǎn)：

1)該儀器放在桌面上很平穩(wěn)，小球可以平穩(wěn)地放置在管內(nèi)，不會隨意滾動.

2)吹氣用的粗吸管位置固定，吹氣時(shí)氣流流向固定，方便學(xué)生操作.

3)泡沫小球比乒乓球輕，更容易向中間運(yùn)動.

4)小球置于玻璃管中，不會受外界空氣影響，而且吹氣時(shí)，玻璃管口與孔槽處形成的壓強(qiáng)差比小球放置在筷子上形成的壓強(qiáng)差更大，即使兩球放在管口處，相距較遠(yuǎn)，依舊很容易向中間靠攏，實(shí)驗(yàn)效果明顯.

3拓展實(shí)驗(yàn)

在講授本節(jié)課時(shí)，經(jīng)常會舉“非洲草原犬鼠洞穴”的例子來說明流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的應(yīng)用.

如圖5是非洲草原犬鼠洞穴的橫截面示意圖，洞穴有2個(gè)出口，一個(gè)是平的，而另一個(gè)則是隆起的土堆. 2個(gè)洞口的形狀不同，是為了使地面上的風(fēng)吹進(jìn)犬鼠的洞穴，給犬鼠帶去習(xí)習(xí)涼風(fēng)，形成天然的空調(diào)系統(tǒng)，請?jiān)趫D上標(biāo)出洞穴中空氣流動的方向.

圖5　非洲草原犬鼠洞穴

學(xué)生沒有見過這種洞穴，要能真正理解洞穴中空氣是從A流向B，不太容易. 大多數(shù)學(xué)生是根據(jù)地面上的風(fēng)從左吹向右，所以判斷洞內(nèi)的風(fēng)也是從左吹到右的. 當(dāng)被問到如果地面的風(fēng)是從右吹向左又如何呢？洞內(nèi)的風(fēng)還會不會是從A吹向B呢？學(xué)生疑惑了. 再說草原上的風(fēng)向是不固定的，任何方向吹來的風(fēng)都會使洞內(nèi)的氣流是從A到B嗎？此時(shí)學(xué)生的疑惑就更大了. 如何讓學(xué)生信服，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，眼見為實(shí)，為此可以制作如圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).

圖6　模擬非洲草原犬鼠洞穴

制作材料：厚約3 cm的塑料泡沫板1塊；外徑5 cm，壁厚0.2 cm，透明有機(jī)玻璃管(20 cm長的2根，8 cm長的1根)；孔徑5 cm的PVC直角彎頭2個(gè)；直徑4 cm泡沫實(shí)心小球；木塊；鐵釘；電吹風(fēng).

制作方法：

1)將2根長20 cm的透明玻璃管和長約8 cm的玻璃管與PVC直角彎頭連接成U形管(模擬洞穴形狀)；

2)用美工刀裁割1塊長方形塑料泡沫板，在它的上面開2個(gè)圓孔，蓋在U形管上正好與管口緊密接合(模擬草原的地面)；

3)再載取1塊圓形泡沫板，削成實(shí)心穹頂(表面可以用細(xì)砂紙打磨光滑)，并開與管口同大的圓孔，把穹頂蓋在長方形塑料泡沫板上，讓圓孔與其中一個(gè)管口對齊(模擬洞穴口隆起的土堆)；

4)用木塊做成底座，把U形管的底部用金屬

片(從易拉罐上剪下兩小條即可)包住并釘牢在底座上.

使用方法：

把泡沫小球放入U(xiǎn)形管中，電吹風(fēng)放在泡沫板上方貼近板面沿水平方向朝兩“洞口”吹風(fēng)，無論是從左向右吹，還是從右向左吹，泡沫小球都從隆起的管口跳出，效果非常好，泡沫小球的運(yùn)動軌跡直觀地顯示了管內(nèi)氣流的流向.

注意：本實(shí)驗(yàn)最好是用直徑較大的泡沫小球，如果用很細(xì)小的泡沫球吹出后不易收集回來重復(fù)演示.

儀器優(yōu)點(diǎn)：

該實(shí)驗(yàn)器材不僅有趣而且直觀地將草原犬鼠洞穴內(nèi)“天然的空調(diào)系統(tǒng)”的氣流流向呈現(xiàn)在學(xué)生眼前，真實(shí)可信，輕易地幫助攻克教學(xué)難點(diǎn). 如果在引入新課時(shí)演示該實(shí)驗(yàn)，還能制造有力的視覺效果，引人深思，能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

4結(jié)束語

總之，只要善于利用生活中取材方便的資源自制新穎、巧妙的教具，在課堂上有針對性地合理使用，更能夠引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)意向和興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，可以讓物理課堂教學(xué)更加有效.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Experimental device demonstrating the relationship between flow pressure and velocity

SHAO Bang-wu

(Yangzheng Middle School, Jinjiang 362261, China)

Abstract:Using plexiglas tubes, straws, foam balls and other simple materials, an experimental device was made to demonstrate the relationship between flow pressure and velocity. The device could effectively solve the problems caused by the random rolling of the balls and the changing of the blowing direction. In this device, foam balls instead of table tennis balls, was placed in a plexiglas. These improved measures avoided the impact of outside air, and made the lighter foam balls easier to move. The experimental phenomenon was obvious. Using this method, an interesting simulation device of African cynomys caves was also made. It could visually demonstrate the gas flow in the cynomys caves.

Key words:flow pressure; flow velocity; flow direction

中圖分類號：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4642(2015)01-0018-03

作者簡介：邵邦武(1976-)，男，福建南平人，養(yǎng)正中學(xué)高級物理教師，學(xué)士，從事中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作.

收稿日期：2014-10-29