流體壓強(qiáng)演示裝置

于愛文

(皇城鎮(zhèn)第二中學(xué)，山東 淄博 255425)

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流體壓強(qiáng)演示裝置

于愛文

(皇城鎮(zhèn)第二中學(xué)，山東 淄博 255425)

摘要：人教版“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”一節(jié)中，按教材提供的方法實(shí)驗(yàn)時實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，且不容易操作成功，還容易誤導(dǎo)學(xué)生. 為此利用簡易材料自制了流體壓強(qiáng)演示儀，通過U型管中液柱高低呈現(xiàn)出壓強(qiáng)的大小，通過發(fā)煙裝置直觀顯示出空氣的流動，再利用長氣球供氣，延長了演示實(shí)驗(yàn)時間，避免了煙氣對人的傷害.

關(guān)鍵詞：流體；壓強(qiáng)；流速

文獻(xiàn)[1]中關(guān)于“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”一節(jié)的內(nèi)容與學(xué)生生活聯(lián)系密切，生動有趣. 為了讓學(xué)生探究流體壓強(qiáng)的規(guī)律，教材為學(xué)生提供了口吹硬幣跳躍木塊和吹紙片[1]這2個學(xué)生實(shí)驗(yàn). 筆者發(fā)現(xiàn)硬幣跳高實(shí)驗(yàn)不容易操作成功，即便能操作成功，也會帶給學(xué)生“硬幣是被吹起來的，誰的肺活量大誰就容易成功”這樣錯誤的認(rèn)識，錯誤認(rèn)識一旦固化，教師再去矯正就要花費(fèi)更多的時間和精力，效果卻不明顯. 對于吹紙片實(shí)驗(yàn)，當(dāng)紙片選擇不恰當(dāng)(如選擇了硬度大的紙片)或紙片距離控制不合適(如紙片距離過大)時，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，再加上空氣無法直接觀察，學(xué)生不能感受氣體的流動，也就不可能直觀建立起流速快與慢的概念，這些都對實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出造成了障礙. 因此筆者設(shè)計(jì)并制成了流體壓強(qiáng)演示裝置，它能形象、直觀、生動、有趣地展示流體(氣體)壓強(qiáng)的規(guī)律.

圖1　流體壓強(qiáng)演示裝置

1實(shí)驗(yàn)材料

流體壓強(qiáng)演示裝置如圖1所示，所需材料為：30 cm×80 cm厚鐵板，40 cm×80 cm薄鐵片，80 cm×100 cm白卡紙，15 cm×30 cm白卡紙2塊，白色飲料瓶3個，易拉罐1個，T型玻璃管1個，L型玻璃管1個，5 cm玻璃管3個，1 m長透明軟管1個，長氣球1個，氣球?qū)Ｓ贸錃馔?個，膠槍(50 W)1個，膠棒5根，黑色卡紙，刻紙刀，大銅釘，酒精燈，發(fā)煙片，打火機(jī)，鑷子，寬膠帶.

2制作方法

2.1　搭建主架

1)將40 cm×80 cm薄鐵片沿著高彎折2 cm做成L形，將它放置到30 cm×80 cm厚鐵板的一邊，并使薄鐵片L最外延與厚鐵板外延對齊；用手電鉆在重疊部分間隔均勻打3個小孔，并用螺絲進(jìn)行固定.

2)在80 cm×100 cm白紙板上用裁紙刀挖出1個5 cm×25 cm的孔，將黑色卡紙裁剪成5 cm寬，并貼到孔的后側(cè)和兩側(cè)，為美觀可以按照圖1的形式裁剪為階梯的形狀. 用厚雙面膠將白紙板豎直固定到薄鐵片上.

3)在2塊15 cm×30 cm白卡紙的中上部挖直徑8 cm的圓孔，并間隔20 cm豎直固定到厚玻璃板上.

2.2　制作流體壓強(qiáng)觀察裝置

把銅釘放到酒精燈燒熱，在白色飲料瓶瓶蓋、瓶底、瓶子側(cè)壁各開一圓孔，將T型玻璃管右端插入打孔的瓶蓋0.5 cm,用膠槍進(jìn)行密封；將長度為5 cm的玻璃管插入瓶底和瓶子的側(cè)壁，用膠槍進(jìn)行密封. 截取20 cm長的透明軟管，內(nèi)裝適量紅色液體，兩端分別固定到T型玻璃管和側(cè)壁玻璃管下端.

2.3　制作煙霧生成儲存器

將一飲料瓶去底，另一飲料瓶只留下瓶口部分，在易拉罐側(cè)壁開寬2 cm、長4 cm的小窗，同時將易拉罐底部開孔，放入玻璃管，并用膠槍進(jìn)行密封. 將飲料瓶、易拉罐、飲料瓶組裝在一起，連接處用膠槍進(jìn)行密封，保證不漏氣. 飲料瓶的2個瓶蓋打孔后一個安裝L型的玻璃短管，另一個安裝長5 cm的玻璃管并進(jìn)行密封.

2.4　送氣裝置的制作

將氣球口綁定到5 cm長玻璃管上，玻璃管另一邊連接8 cm長塑料軟管，通過軟管可以給氣球充氣，也可以把軟管夾住防止氣球漏氣.

3操作方法

首先使氣球充滿氣，用夾子將軟管夾住，放置備用；然后用寬膠帶將易拉罐天窗的一側(cè)粘住，用鑷子夾1片發(fā)煙片，并用打火機(jī)點(diǎn)燃，之后迅速通過天窗放置到易拉罐內(nèi)，并用寬膠帶將天窗密封；接著迅速將氣球一端的塑料軟管連接到發(fā)煙裝置的右側(cè)玻璃管上，并將夾子去掉；這時氣球中的氣體會吹動發(fā)煙裝置中的濃煙在粗的飲料瓶和細(xì)的玻璃管及軟管中運(yùn)動，學(xué)生可以直觀地感受到空氣流速的快慢. 教師引導(dǎo)學(xué)生通過觀察U形管中的紅色液注的高低變化來分析歸納出流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系.

4實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)勢

1)借助轉(zhuǎn)換法將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀化. 連通器由于兩側(cè)壓強(qiáng)相同，液面保持相平. 如果一側(cè)壓強(qiáng)大，一側(cè)壓強(qiáng)小，連通圖的液注也就不再相平，會變得一側(cè)高一側(cè)低. 液注高的一側(cè)壓強(qiáng)小，液注低的一側(cè)壓強(qiáng)大. 本實(shí)驗(yàn)裝置將流體壓強(qiáng)大小轉(zhuǎn)換為U型管中液注的高低，形象直觀.

2)化空氣無形為有形. 發(fā)煙裝置發(fā)出的白色煙霧，通過黑色的卡紙反襯顯得非常清晰，當(dāng)有氣流推動煙霧運(yùn)動時，煙霧的運(yùn)動快慢就顯示了空氣的運(yùn)動軌跡，使得學(xué)生直觀察到粗的管道中空氣流速慢而細(xì)的管道中空氣的流速快.

3)增加實(shí)驗(yàn)持久度，確保實(shí)驗(yàn)安全. 流體壓強(qiáng)演示裝置中有發(fā)煙裝置，如果直接用嘴吹氣，人難免會吸入煙氣，對人體有一定傷害，而且人吹氣時持續(xù)時間有限. 故該演示裝置采用長氣球送氣，送氣量大，送氣時間長，使得實(shí)驗(yàn)效果持續(xù)時間長，更容易觀察，且易得出合理結(jié)論.

參考文獻(xiàn)：

[1]彭前程. 義務(wù)教育教科書·物理(八年級)(下冊)[M]． 北京：人民教育出版社，2012：44.

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Demonstrating device of fluid pressure

YU Ai-wen

(No.2 Middle School of Huangcheng, Zibo 255425, China)

Abstract:The demonstrating experiment of the relation between fluid pressure and flow speed in teaching material is not easy to operate, but easy to mislead students, its phenomenon is not obvious. So a demonstrating device of fluid pressure was made. This device had three improvements. Firstly, the pressure was adjusted through the height of the liquid in the U tube. Secondly, by using fuming device, air flowing was observed obviously. Finally, using long balloon to blow fuming device, the time of the demonstration experiment was extended, and avoided the smoke injury to persons.

Key words:fluid; pressure; flow speed

作者簡介：于愛文(1980-),男，山東淄博人，皇城鎮(zhèn)第二中學(xué)一級教師，學(xué)士，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作.

收稿日期：2015-11-21

中圖分類號：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1005-4642(2016)02-0045-02