自制教具探究液體壓強與流速的關系

詹清清 張春斌 肖 化

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

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自制教具探究液體壓強與流速的關系

詹清清 張春斌 肖 化

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

對于“液體壓強與流速的關系”的實驗，各版本教材有的沒有提及而是直接給出結論，或有的給出了實驗但在教學中不能被普遍采用.針對這一情況，筆者利用生活中的簡單器材通過自制教具很好地探究了液體壓強與流速二者的關系.

自制教具 液體 壓強與流速

1 引言

初中物理“流體壓強與流速的關系”一節中，對于“液體壓強與流速的關系”的實驗，新人教版教材中并沒有提及而是直接給出結論;北師大版教材提供了如圖1所示的實驗方案，該方案雖然實驗效果明顯，但實驗要通過比較粗、細管的水流速度大小進而間接得出液體壓強與流速的關系，學生對于此過程往往較難理解，且這套玻璃儀器成本高，教學中很少有教師會在課堂上現場做演示.為此，筆者通過多次實踐，對圖1的實驗進行改進，提出以下(如圖2)的演示實驗.

圖1 北師大版教材實驗插圖

圖2 實驗裝置圖

2 實驗原理

如圖3所示，A點的壓強與液柱的高度有關：液柱的高度越高，A點的壓強越大;液柱的高度越低，A點的壓強越小.通過旋轉水龍頭改變水管水流的速度大小，并觀察液柱高度的變化情況，由此可以探究A點的水的流速大小與其對應壓強的關系.

圖3 實驗原理圖

3 實驗器材及制作

3.1 實驗器材

廢棄食用油空桶、3小段相同的白色透明細軟水管(直徑約為0.8 cm)、T型塑料三通接頭(直徑比水管稍小些)、水龍頭與水膠布、紅墨水、自制坐標、木板、膠槍、膠帶.

3.2 制作方法

(1)將3小段相同的白色透明細軟水管分別與T型塑料三通接頭相連接，組合成三通管，并在3個接口處繞上水膠布以保證密閉性.

(2)將做好的豎直坐標固定在水平木板上，用透明膠帶把三通管固定在坐標上，注意使三通管的橫管部分保持水平.

(3)將水龍頭固定在木板的一端(與水平橫管處于同一高度)，將水平橫管的一端與水龍頭相接(用泡沫塑料、膠槍、水膠布做密閉性處理).

(4)在食用油空桶上與橫管等高處開個小洞，用塑料圓形接口和膠槍將水平橫管的另一端相接，最后將空桶用膠槍固定在水平木板上，此過程注意使橫管保持水平.

4 實驗步驟

(1)緩慢打開水龍頭，使通過水管的水流速度逐漸增大，觀察到液柱的高度慢慢下降.此現象說明液體的流速越大，壓強越小.

(2)緩慢關上水龍頭，使通過水管的水流速度逐漸減小，觀察到液柱的高度慢慢上升.此現象說明液體的流速越小，壓強越大.

5 創新與特色

(1)本實驗的器材均能在生活中容易地獲得，成本低廉、易于推廣.正如朱正元教授提倡的“壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”，這樣可以讓學生體會到物理就在我們身邊.

(2)與圖1實驗相比較，此裝置通過水龍頭改變水的流速，比原實驗分析粗、細管的水流速度大小更簡單明了，學生更容易理解.此外，水的流速能隨意調節，流速變化時，液柱高度變化十分明顯，具有動感，更能引起學生的注意、興趣與思考.

1 李科敏，等.流體壓強與流速關系的教學設計.物理通報，2015 (3)：58～61

2 邵邦武.演示流體壓強與流速關系的實驗裝置.物理實驗，2015，35(1)：18～20

詹清清(1991- )，女，在讀研究生，專業方向為物理課程與教學論.

指導教師：肖化(1958- )，男，博士，教授，主要從事實驗物理教學，教師專業發展與科學課程整合等研究.

2015-12-30)