用于演示流體壓強和流速關系的投球射槍

我喜歡打籃球，可我的投籃水平很糟糕，連三步上籃都投不中。但我不服輸，總是鼓勵自己：多練習，一定可以投中！

后來，我在學習了流體的壓強和流速這一部分內容后才知道，原來籃球能不能投中，不僅與瞄得準不準有關，還與投籃速度、籃球旋轉的快慢等有關。這激發(fā)了我對流體壓強和流速關系的研究興趣。

壓強與流速的關系是八年級的物理知識，除了教材上的教具和實驗，還有不少創(chuàng)新裝置可以演示二者的關系。我上網進行查新，看到江蘇省南京科技館和河南省鄭州科技館對伯努利原理的演示裝置，它們雖有投球過程，但都以氣懸球為例，無法觀察到球從下往上的運動過程，不能深入地解釋伯努利原理。實用新型專利CN201720639859.6主要研究了一種趣味擲球機，這種裝置雖能演示球被水流托起，但其利用的是球體表面環(huán)流所帶動的空氣運動，既不直觀也不適合做原理演示。

為了方便老師課堂演示和學生動手實驗，我設計了一種用于演示流體壓強和流速關系的投球射槍。

一、制作裝置

網購鼓風機和所需的各種零部件。為增加管道之間的密封性，選用白色PVC水管，通過切割等方式組裝設備。

彈倉選用透明的伸縮管，方便觀察彩色乒乓球從底部到頂部的運動過程。但在實際操作時，乒乓球無法正常在管內移動，即口徑大小不合適。

我改用紙球進行實驗，因為紙球質量大、體積小。靠近T形管的紙球可演示流體壓強與流速的關系，但彈倉底部的紙球無法清晰地演示流體壓強和流速的關系。此外，因為彈倉的角度不佳，紙球射出的距離不太理想。

針對上述問題，我提出了改進方案：將投球改用泡沫球，泡沫球質量小且形狀可控；尋找風力更大、擋位更多的鼓風機，調試泡沫球的彈射距離，使其達到最佳效果；將T形管更換為斜T形管；尋找透明且密封的槍管材料。

接下來，我制作了大小不同的彩色泡沫球，選用有小、中、大三個擋位的鼓風機。雖然沒有找到合適的材料將T形管更換為斜T形管，但我用透明伸縮管制作彈倉，讓彈倉角度可調整。最后，我用玻璃膠、透明膠帶密封槍管和彈倉底。

二、測試裝置

我手持射槍的握把，按下鼓風機的啟停按鍵，鼓風機將吸入的空氣依次吹至出風管、T形管、橫管、槍管，形成空氣氣流。

橫管內的空氣流速大于豎管內的空氣流速，形成壓強差，彩色泡沫球依次由彈倉、豎管被吸入橫管，隨后在出風管的空氣驅動下從槍管射出。在不斷調整透明彈倉的角度后，實驗成功了！

目測透明彈倉與垂直方向的夾角約為15°。實驗過程中可通過調節(jié)鼓風機的擋位來改變射槍的射程。擋位越大，出風速度越快，泡沫球的射程就越遠。

三、創(chuàng)新點

（一）以輕質球狀物作為反映介質，由鼓風機提供空氣流速形成壓強差，能直觀地反映壓強與流速的關系。

（二）整體結構為射槍形態(tài)，可調整氣流的大小和角度，增加了演示或實驗過程中的可操作性和趣味性。

（三）既可用于課堂教學，又可用于在科技館中的互動體驗，攜帶方便，適用范圍廣。

（指導老師：汪征宇）

專家點評

謝佳霖同學的用于演示流體壓強和流速關系的投球射槍，是一項改進型的小發(fā)明。從發(fā)明選題方法上分析，屬于老題新做的項目。這是由于演示流體壓強和流速關系的實驗裝置已讓人目不暇接，且用小型工業(yè)吹風機為主體做這一實驗的裝置也有不少。而這項作品突出的創(chuàng)新點就在于其“彈倉與‘槍（發(fā)射）管’垂直方向的夾角約為15°”的結構設計，更有利于球體的發(fā)射與人們對流體壓強和流速關系的理解。這項作品的完成，充分展示了謝佳霖同學像科學家工作式的學習過程。

在當今社會，科技的飛速發(fā)展和知識的快速更新，需要的不僅僅是會考試的“學霸”，更需要具有創(chuàng)新精神、實踐能力和廣闊視野的綜合性人才，通過像科學家那樣的工作方式學習科學是現代科學教育的一個重要趨勢?？茖W家的工作方式是什么？即不斷地探究。探究是科學研究工作的基本方法，科學知識的獲得離不開科學探索過程，科技創(chuàng)新成果的獲得同樣離不開科學探索過程。

（欄目編輯" 秦銀銀）