探尋水的秘密
——水流動性實驗的設(shè)計

■浙江省溫州市洞頭區(qū)第二中學(xué) 陳 展

對于初中生而言，探究性實驗?zāi)芴岣咚麄兊挠^察能力與思考問題的能力，但值得注意的是，實驗材料、設(shè)計的問題等應(yīng)貼近學(xué)生生活。我以水為載體，通過生活中的例子，讓學(xué)生研究水流漩渦流動的方向、水流動的黏性等問題，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神與實事求是的科學(xué)態(tài)度。

一、衛(wèi)生間里水流漩渦的秘密

在衛(wèi)生間里洗完臉后，放掉洗臉池中的水，當水快放完時，水流會產(chǎn)生一個漩渦，而且總是朝一定的方向流動，浴缸、馬桶中的水也一樣。針對這些現(xiàn)象，教師可向?qū)W生設(shè)計幾個問題。

1.洗臉池中的水快放完時，漩渦的水流方向是順時針還是逆時針？請你多做幾次實驗，并完成表1，在對應(yīng)表格中打鉤。

表1

2.你認為水流的方向受哪些因素影響？請設(shè)計方案并加以驗證。教師可事先給出幾個方案，再讓學(xué)生自己設(shè)計幾個方案，并加以驗證。

方案一：驗證外界動力對水流方向的影響。如在洗臉池中，用手指攪動水，讓水流按順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，觀察最終水流方向有沒有變。如果有變，結(jié)果是否都為同一個方向。將觀察結(jié)果填入表2，得出一般性的結(jié)論。

表2

方案二：探究水流方向是否與洗臉池的結(jié)構(gòu)有關(guān)。先對一個塑料盆進行改造，在盆底開一個洞，在洞口處接一根下水管，并且把水管帶螺紋的部分剪掉，只留其光滑的一段。然后塞上塞子，將盆內(nèi)裝滿水。靜置一段時間后，拔掉塞子，觀察有沒有漩渦產(chǎn)生及漩渦的方向。

還可做對比實驗，如放入不同螺紋的水管或改變盆底洞口的大小，要求學(xué)生控制好相關(guān)變量，進一步實驗。學(xué)生會從中發(fā)現(xiàn)，洞口開到一定大小時，水流就不會產(chǎn)生漩渦，且水管上螺紋的不同也會對水流方向產(chǎn)生一定影響。

圖1 探究水流方向是否與洗臉池的結(jié)構(gòu)有關(guān)

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生思考是否還有別的因素影響水流的方向，并向?qū)W生介紹“科氏力”，即地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力。一般物體受這個力的作用很小，基本感覺不到，但地球上運動的物體特別是流體，受科氏力的影響就非常大。在南、北半球上，這個力影響的方向是不一樣的，從而造成漩渦水流方向不一樣。

圖2 南、北半球上的科氏力的影響方向不一樣

二、水與容器的黏合性

將塑料盆中的水倒出時，會發(fā)現(xiàn)塑料盆內(nèi)的水很難倒干凈，總會有一些水附在盆壁，這是為什么？

這里涉及水的黏性問題，教師可通過設(shè)計實驗要求學(xué)生探究水的黏度與哪些因素有關(guān)。如分別將500 克水倒入不同的容器（塑料盆、鐵盆），從倒出水時開始計時，到基本沒有水流下來（上一滴水滴下來后5 秒內(nèi)沒有水滴下來）停止計時，水倒完的時間越長，說明水與相應(yīng)容器的黏合性越強。實驗數(shù)據(jù)記錄如表3。

表3

接著，教師進一步引導(dǎo)學(xué)生探討：容器的不同角度、不同水質(zhì)對倒完水的時間是否有影響？為什么？加入潤滑劑，是否會讓水流得快一些？也可讓學(xué)生思考，人體內(nèi)的血液也具有黏合性，由此可以得到哪些啟發(fā)？

三、總結(jié)

對于初中生來說，以上實驗具有探索性質(zhì)，深入下去都是非常高深的問題，涉及流體力學(xué)、萬有引力等。設(shè)計這些實驗的主要目的不是讓學(xué)生立馬得出正確的答案，而是激發(fā)他們科學(xué)探究的精神與通過實驗得出結(jié)果的實事求是的科學(xué)態(tài)度。多開展一些這樣的課外探究性實驗，對學(xué)生科學(xué)能力的培養(yǎng)很有意義。