一個(gè)初中物理實(shí)驗(yàn)答案的質(zhì)疑

1 問(wèn)題提出與簡(jiǎn)要分析

當(dāng)前使用的一種初中物理教材在“課外實(shí)踐與練習(xí)”欄目，設(shè)置了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)［1］，如圖1所示：在飲料瓶中灌滿水。然后，在瓶的a、b（a、b兩點(diǎn)在同一水平線上）、c處各開一個(gè)小孔，將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？請(qǐng)說(shuō)明其中的道理。

與該教材配套的教學(xué)參考資料提供的答案如下［2］：水從三個(gè)小孔中噴出，a、b兩孔水噴出的距離相等，c孔水噴出的距離較遠(yuǎn)。由此說(shuō)明：（1）液體對(duì)容器側(cè)壁有壓強(qiáng)；（2）在液體內(nèi)部相同深度處的壓強(qiáng)是相等的；（3）液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大。

筆者認(rèn)為，教材設(shè)置該小實(shí)驗(yàn)以及教學(xué)參考資料所提供的參考答案欠妥，主要有兩個(gè)原因：

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具有不確定性。飲料瓶置于地面，還是置于桌面，題中沒有確切表達(dá)。若飲料瓶置于地面，a、b小孔較接近于飲料瓶的一半深度處，觀察到的現(xiàn)象應(yīng)該是：a、b小孔水噴出的距離相等，且較遠(yuǎn)。若飲料瓶置于某一高度的桌面上，由于小孔深度（液面到小孔的豎直距離）和小孔高度（小孔到地面的豎直距離）的不確定性，造成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也是不確定的，可能是a、b兩孔水噴出的距離較遠(yuǎn)，也可能是c孔水噴出的距離較遠(yuǎn)。

（2）從現(xiàn)象到結(jié)論不合邏輯。水從三個(gè)小孔中噴出，能說(shuō)明液體對(duì)容器的側(cè)壁有壓強(qiáng)，但無(wú)法推出教學(xué)參考資料所提供的“液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大”這個(gè)結(jié)論。因?yàn)樗畤姵龅木嚯x遠(yuǎn)近，不僅跟小孔所處的小孔深度（液體壓強(qiáng)大小）有關(guān)，還跟小孔高度有關(guān)，由于a、c小孔所處的高度不同，故無(wú)法根據(jù)水噴出的距離遠(yuǎn)近來(lái)說(shuō)明小孔所處的液體壓強(qiáng)大小。

2 理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)探索

2.1 理論推導(dǎo)

如圖2所示，裝滿水的容器置于水平地面，H表示液面離地高度，h表示小孔高度，s表示水從1孔噴出的距離。從小孔1處噴出的水，可以認(rèn)為其動(dòng)能由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化來(lái)的。

由mg(H-h)=12mv2得，小孔出口處水的速度為v=2g(H-h)。

根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可得

當(dāng)h=-4H2(-4)=H2時(shí)，s2有最大值，即s有最大值。

結(jié)論：當(dāng)小孔高度為液面離地高度的二分之一時(shí)，從該小孔噴出水的距離最大。對(duì)于置于水平桌面上的容器而言，上述結(jié)論同樣成立。由此可見，從小孔噴出水的距離并不隨著深度（或液體壓強(qiáng)）的增加而增大，小孔噴出水的距離遠(yuǎn)近并不能反映液體壓強(qiáng)的大小。

2.2 實(shí)驗(yàn)探索

實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們選擇了一只深度約為25cm的薄壁柱形容器，在其側(cè)壁母線上有規(guī)則地打一排小孔，并保持小孔間距為2.5cm不變，在小孔出水口制作了排水管及橡皮塞。將容器直接置于地面，每次測(cè)量只打開一個(gè)橡皮塞，并且容器始終

裝滿水，按序測(cè)出不同離地高度的小孔水噴出時(shí)的距離。為了使測(cè)得的數(shù)據(jù)較為可靠，每個(gè)小孔水噴出時(shí)的距離我們都進(jìn)行了多次測(cè)量，取其平均值，記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

小孔所處深度h/cm2.55.010.012.515.017.520.022.50

水平距離s /cm7.516.822.223.022.018.814.910.8

分析上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：從小孔噴出水的距離并不隨著液體深度（或液體壓強(qiáng)）的增加而增大。

3 對(duì)今后教學(xué)的啟示

事實(shí)上，上述小實(shí)驗(yàn)是初中物理教師在“液體壓強(qiáng)”教學(xué)中常做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)， 在練習(xí)中也經(jīng)常能看到類似的實(shí)驗(yàn)題。值得我們注意的是：水噴出的距離不僅跟小孔所處的深度（或液體壓強(qiáng)）有關(guān)，還跟小孔高度有關(guān)。小孔越深，噴出水的距離越大，是特定條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不能反映液體壓強(qiáng)大小。因?yàn)椋谶^(guò)去的教材中有測(cè)量液體內(nèi)部壓強(qiáng)的有效辦法。本實(shí)驗(yàn)不宜作為“液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)”教學(xué)時(shí)的探究性或驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，否則會(huì)對(duì)學(xué)生產(chǎn)生誤導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉炳生、李容．義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書-八年級(jí)物理下冊(cè)，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2004：65-68

［2］ 劉炳生、李容．物理教學(xué)參考資料-八年級(jí)下冊(cè)，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2005：66

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。