自制教具創(chuàng)新演示流體壓強與流速的關系

滕代安

摘 要： 本文通過自制教具多角度多方法創(chuàng)新演示了“流體中流速越大的位置壓強越小”的物理原理，踐行、創(chuàng)新和拓展了教材“更多實驗表明”的教學內(nèi)涵和精神實質(zhì).

關鍵詞： 自制教具;創(chuàng)新演示;壓強與流速

人教版八年級物理下冊第九章壓強第4節(jié)的主要內(nèi)容是“流體壓強與流速的關系”，教材僅通過向兩張紙片之間吹氣使紙片相吸靠攏的實驗（如圖1）就得出結論：更多的實驗表明，在氣體和液體中，流速越大的位置，壓強越小.顯然，教材實驗只演示了氣體壓強與流速的關系，不能全面代表流體壓強與流速的關系，因為流體除了氣體還有液體，于是為了演示液體壓強與流速的關系，往往會用實驗室的“流體壓強與流速的關系演示器”（如圖2）來演示，這種器材比較微型，視角小，實驗現(xiàn)象單一，不能持續(xù)，不利演示和觀察，那么教材結論中“更多的實驗”怎么去做呢？

下面介紹筆者自制教具創(chuàng)新演示流體壓強與流速關系的更多實驗，以期踐行、創(chuàng)新和拓展教材“更多實驗表明”的教學內(nèi)涵和精神實質(zhì).

如圖3、4所示，到建材市場購買一塊白色免漆板，用切割機切分出兩塊來，一塊做底座板，一塊做站立板，站立板垂直站立于底座板中間，交接處用木螺絲鉚緊.板邊緣露出的木質(zhì)切口用包邊條包住鉚好，站立板的長寬按黃金分割比（寬是長的0.618倍）切割，這樣視覺美觀，演示效果良好.底座板長度與站立板長度同長，寬度適度，確保站立板及其掛重的穩(wěn)度.在站立板下面的四個角分別安裝萬向轉角小滾輪，便于演示時展板整體平動和轉動.站立板上端面中間鉚上一個塑料拉手，便于展板的提挪.站立板一面用以演示氣體壓強與流速的關系，另一面用以演示液體壓強與流速的關系，兩面合起來共同演示流體壓強與流速的關系.最后在站立板兩面適當位置都帖上“流體壓強與流速關系演示器”的功能性標簽，這樣，一塊美觀穩(wěn)固的演示流體壓強與流速關系的實驗展板就做好了.下面詳細介紹教具的制作過程及演示方法.

1 用紙片演示

如圖3所示，到門窗裝飾裝潢店買兩根長約15cm，直徑約1cm的不銹鋼小金屬管，每根一頭錘扁，用釘子打出小孔，用螺母鉚在直角鐵塊上，在把直角鐵塊鉚在站立版上方中央，兩不銹鋼小管下分別用亮紙膠布各粘吊一張A4白紙，不演示時把不銹鋼管連同懸吊的紙片旋轉緊靠站立版面，演示時把兩鋼管旋轉平行靠近，垂直指向站立版面，使兩張A4紙平行垂釣，紙間均勻保持一定空隙.用吹風機向兩紙間緩緩吹動空氣，會發(fā)現(xiàn)兩張紙不會像我們習慣想象的那樣被空氣吹張開，反而會被吹靠近（如圖5所示），說明兩紙間的氣壓比外邊兩側的氣壓小，從而形成一個向里面的壓強差，把紙片向里壓靠近，形成相吸現(xiàn)象.加大吹風機的風速，會看見兩紙片靠得更近，甚至吸貼在一起，這充分表明，空氣中流速大的地方壓強小.實驗中吹風機的氣流可以持續(xù)吹出，實驗現(xiàn)象能持續(xù)呈現(xiàn)，生動直觀，便于學生持續(xù)觀察，比起教材一口氣吹紙片現(xiàn)象僅能維持瞬間的實驗，更生動持續(xù)，還能解放出嘴來給學生講解，和學生互動.

2 用泡沫顆粒演示

如圖6所示，從市售的卷曲透明塑料水管中截取一段長約30厘米的管，用玻璃膠或AB膠粘在站立板的中間，呈半圓弧U形狀，兩端開口.從顆粒泡沫上摳下輕質(zhì)泡沫顆粒，用紙槽把顆粒輕輕倒進管里，用手指彈管外壁，使泡沫顆粒墮入弧形管的最底部.用吹風機在弧形管的一端沿管口水平吹動氣流，就會發(fā)現(xiàn)管底的泡沫沿管徑飛出管口.這說明管內(nèi)產(chǎn)生了一個沿吹風管口方向的壓強差，而吹風管口的空氣流速相對塑料管另一管口的空氣流速快，這就表明，在空氣中，流速大的地方壓強小.

3 用燭焰演示

如圖7所示，在上述弧狀U形管的左端口接入一個直角彎管，使朝天的管口變成水平向左的管口，在管口內(nèi)外壁裹帖上防火的香煙錫箔紙，在管口近前用大線卡固定一根紅蠟燭，使燭焰芯線與管口中心等高，靠燭焰范圍的板面也用錫箔紙?zhí)?，以防燭火燒壞漆面.點燃蠟燭，燭焰在管口前豎直向上燃燒著，然后用吹風機在右端管口沿水平方向吹氣流，這時會發(fā)現(xiàn)剛才豎直燃燒的燭焰會奇跡般的發(fā)生直角彎轉，鉆進旁邊的管口，儼然被管口吸了進去，這又表明弧形塑料管內(nèi)產(chǎn)生了一個指向吹風一端的壓強差，而吹風一端的空氣流速比蠟燭一端的空氣流速快，這就表明，在空氣中，流速大的地方壓強小.

4 用乒乓球和氣球演示

如圖8所示，截下長約3厘米的同樣大小的筷子頭四節(jié)，用玻璃膠在座板中間粘成空心十字樣，用吹風機的吸氣頭立在四節(jié)筷子頭上，以便空氣從筷子縫隙間被吸入機內(nèi).拔下吹風機出風口的圓口扁尾的變形頭，尾朝下口朝上，支住吹風機手把，讓連在手把上掛機環(huán)扣嵌入變形頭的圓口內(nèi)，起穩(wěn)固吹風機作用.吹風機不吹風時，用乒乓球和氣球分別或重疊放在吹風機的網(wǎng)口上，兩者顯然放不穩(wěn)，總是晃蕩掉下.打開吹風機吹風，在風口上放乒乓球和氣球，按習慣想象，兩球肯定會被吹跑掉落，結果出乎想象的是，兩球居然安穩(wěn)懸在風口上，用手輕輕撥弄倆球，它們在氣流中搖蕩也不會跳逸到氣流外.這表明，兩球時時受到一個從氣流外圍指向氣流中間的壓強作用著，說明空氣流速大的地方壓強比外圍流速小的空氣壓強小，簡言之，該實驗表明空氣中流速大的地方壓強小.

5 用連通器演示

如圖9所示，在站立板的另一面用裝高橙飲料的長方形廢棄瓶、透明塑料水管、連接管、三通管、角鐵塊、細鐵絲、玻璃膠、大線卡、橡膠塞、有機玻璃水箱和小水泵制成一個水循環(huán)系統(tǒng)，在橫截面大的兩個瓶身處和橫截面小的水管處分別焊接三根等大等高的塑料管（或玻璃管），形成一個連通器.實驗時在水槽里注滿適量的紅色水，把出水口用橡膠塞塞緊，向上面的水塔和水瓶泵水，泵到三根水柱里的水位足夠高時停泵，這時可見三根水柱由于連通器作用水位高度一致，表明相同深度的壓強相同.拔出橡膠塞，同時泵水，水開始循環(huán)流動，這時三根水柱里的水位就不一樣高了，處在橫截面大水流速慢的水柱水位相對高點，表明流速慢的地方壓強相對大，處在橫截面小水流速快的水柱水位相對低點，表明水流速快的地方壓強相對小，也就是說，在液體中，流速大的地方壓強小.

6 用水中乒乓球演示

如圖10所示， 在水槽里用兩個塑料吸盤牢牢吸住?槽底，彼此間隔一點距離，用玻璃膠把兩根等長的細線和兩個乒乓球粘牢，在用細線分別把兩個乒乓球拴在吸盤上，在水槽中注水，以淹沒乒乓球為宜，此時乒乓球和細線在水中處于豎直向上狀態(tài)，兩乒乓球間保持一個固定的距離，表明乒乓球之間及其周圍在相同深度所受的壓強相同，沒有大小差別.啟動水循環(huán)，轉動出水管方向，使水流注入兩個乒乓球之間，造成兩球間液體的流速比周圍其他區(qū)域的流速快，這時兩球并不像我們習慣想的那樣被水流沖開增大間距，相反，發(fā)現(xiàn)兩球產(chǎn)生靠近相吸現(xiàn)象，說明兩球間的壓強較周圍其他區(qū)域的壓強小，而兩球間水的流速比其他區(qū)域的流速快，表明液體中流速快的地方壓強小.

利用上述自制的教具，從氣體和液體兩個方面共六個實驗創(chuàng)新性證明了教材“更多的實驗表明，在氣體和液體中，流速越大的位置，壓強越小”的結論，利于學生牢記、掌握和運用.該創(chuàng)新實驗曾獲市級實驗教學技能創(chuàng)新大賽一等獎、省級實驗教學技能創(chuàng)新大賽二等獎第1名和全省教具制作比賽二等獎第1名.

教師們還可以發(fā)揮想象，創(chuàng)新設計，動手動腦，自制更多的教具來生動有趣演示流體壓強與流速的關系，激發(fā)學生學習物理的興趣，培養(yǎng)學生的科學精神、創(chuàng)新實踐能力，提升學生的核心素養(yǎng)，同時培養(yǎng)自己的教學情操，歷練自己的教學智慧和能力，感受物理教學的無窮魅力.

參考文獻：

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