巧制“公道杯”

重慶市育才中學(xué)校 張露 李建 李鴻

“公道杯”是我國古人飲酒用的一種器具。用此杯盛酒不能過滿，如果因貪心盛酒過滿，杯中的酒便會全部漏出，故名“公道杯”?！肮辣钡脑硎鞘裁矗肯旅?，我們就通過自制一個簡易的“公道杯”一探究竟吧！

一、制作材料

透明塑料杯1個、吸管1根、空塑料瓶1個、熱熔膠槍、透明膠帶、擴(kuò)孔器、剪刀、紅墨水等，如圖1所示。

圖1 制作材料

二、制作過程

1.取一個透明塑料杯，用擴(kuò)孔器在其底部中央打一個小孔，使吸管剛好穿過，如圖2所示。

2.讓吸管穿過小孔，使杯內(nèi)和杯外的吸管長度相近。將杯內(nèi)的吸管折彎，使吸管口接觸杯子底部，做成排液通道，如圖3所示。

圖2 在杯子底部打孔

圖3 讓吸管穿過小孔，做成排液通道

3.用熱熔膠密封小孔和吸管接觸的部位，防止杯子盛水后水從小孔漏出。

4.將密封后的杯子正放在空塑料瓶的瓶口上，將滴有紅墨水的水緩慢倒入杯中?？梢钥吹?，水倒入杯中后，并沒有從吸管的另一端流出。繼續(xù)加水，當(dāng)水面超過吸管彎曲的頂部時(shí)，杯內(nèi)的水開始從吸管另一端緩緩流出，直至杯中的水全部流出，如圖4所示。

圖4 演示“公道杯”

三、原理分析

圖5（a）所示為“公道杯”的結(jié)構(gòu)圖。

圖5（b）所示的情形為，當(dāng)水位線低于吸管最高點(diǎn)C時(shí)，左側(cè)吸管中內(nèi)、外液面高度相同，壓強(qiáng)相同，液體不會從吸管另一端流出。

圖5（c）所示的情形為，當(dāng)水位線高于吸管最高點(diǎn)C時(shí)，左側(cè)吸管外的液面比吸管內(nèi)的液面高，形成了液面高度差，從而有了壓強(qiáng)差，杯內(nèi)的水在壓強(qiáng)的作用下，從進(jìn)水口A流入，出水口B流出，杯中的水就這樣從吸管緩緩地流了出來，直到流盡。該現(xiàn)象被稱為“虹吸現(xiàn)象”。

圖5 “公道杯”原理圖

四、進(jìn)一步探究

1.如圖6（a）所示，在“公道杯”側(cè)壁開一個小孔，讓吸管穿過小孔，將杯內(nèi)吸管折彎并使其一端接觸杯子底部，吸管的另一端保持水平，用熱熔膠槍將小孔與吸管接觸的部位密封，再將滴有紅墨水的水緩慢倒入杯中。此時(shí)會發(fā)生什么現(xiàn)象？

可以看到，當(dāng)水位線超過杯內(nèi)吸管彎曲處的頂部后，杯內(nèi)的水才開始從吸管的另一端流出。當(dāng)水位線停留在與水平吸管相平齊的位置時(shí)，水流就不再變化，如圖6（b）、（c）所示。

2.怎樣才能讓杯子里的水繼續(xù)流出呢？可將杯外吸管向下折彎（或用透明膠帶再連接一根一端彎曲的吸管），做成一個新款“公道杯”，重復(fù)剛才的實(shí)驗(yàn)。

可以發(fā)現(xiàn)，一旦水位線超過杯內(nèi)吸管彎曲處的頂部后，杯內(nèi)的水就開始源源不斷地從吸管另一端流出，直至流盡，如圖7所示。

圖6 進(jìn)一步探究的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

圖7 新款“公道杯”及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

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