液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實(shí)驗(yàn)演示儀

黃 軍，鐘勁翔

(西華師范大學(xué) 物理與空間科學(xué)學(xué)院,四川 南充 637000)

“液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”既是大氣壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)等力學(xué)知識的拓展與延伸，同時又是流體力學(xué)的知識基礎(chǔ)[1]，該章節(jié)的教學(xué)旨在教會學(xué)生知識的同時更要教會學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解釋實(shí)驗(yàn)和生活中的相關(guān)現(xiàn)象. 從教學(xué)過程上講，該知識點(diǎn)要通過一定的實(shí)驗(yàn)最終讓學(xué)生自我總結(jié)得出結(jié)論，因此實(shí)驗(yàn)便成了教學(xué)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)器材的選擇也顯得尤為重要.對于喜歡動手動腦但又缺乏理性思維的初中生而言，能否找到結(jié)構(gòu)簡單、原理清晰、操作便捷的實(shí)驗(yàn)儀器直接決定著教學(xué)效果的好壞. 因此，筆者設(shè)計(jì)了液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置.

1 現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器的不足

目前，在探究液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系的教學(xué)中，大多利用傳統(tǒng)教具兩端開口的連通器式演示儀來完成探究演示. 這種方式雖然可以達(dá)到教學(xué)目的，但實(shí)驗(yàn)過程中水的流速不同只能通過水平管的橫截面積的大小來推理判斷，需要學(xué)生具有一定的生活實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或較強(qiáng)的分析判斷能力，而該物理現(xiàn)象在生活中的直觀呈現(xiàn)也不多見，因此，在教學(xué)活動中學(xué)生不易將液體的壓強(qiáng)與流速有效聯(lián)系起來，甚至存在種種疑惑，導(dǎo)致實(shí)際實(shí)驗(yàn)探究效率不高.

北師大版教材所提供是實(shí)驗(yàn)裝置[2]，雖有較明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但學(xué)生在知識點(diǎn)的理解上往往存在較大的困難，且所示儀器成本較高，不易普及. 當(dāng)然，也有許多類型的自制教具. 文獻(xiàn)[3]所述儀器存在著實(shí)驗(yàn)過程短，不可控因素太多等缺點(diǎn). 文獻(xiàn)[4]所述船吸實(shí)驗(yàn)也存在著紙船吸水、不穩(wěn)定、噴水角度需要調(diào)整等不足.

2 儀器結(jié)構(gòu)

液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系演示儀如圖1所示，其特征是過渡管的一端與高速管相連接，過渡管的另一端與低速管相連接，高速管連接集液池，低速管連接輸液池，高速管的管壁上設(shè)置有低壓顯示管，低壓顯示管的一側(cè)設(shè)置有測壓器和測速器，低速管的管壁上設(shè)置有高壓顯示管，高壓顯示管的一側(cè)設(shè)置有測壓器和測速器，循環(huán)泵通過連接管分別與輸液池和集液池相連接，輸液池和集液池的內(nèi)部裝有液體.

圖1 儀器結(jié)構(gòu)圖

3 特色與創(chuàng)新

針對現(xiàn)有裝置的不足，本文所述儀器具有以下創(chuàng)新：

1)高速管和低速管上部分別設(shè)有顯示管，可以通過顯示管內(nèi)液面的高低直觀地呈現(xiàn)水平管內(nèi)各部分液體壓強(qiáng)的大小.

2)輸液池和集液池中間位置設(shè)有循環(huán)泵，可以通過調(diào)節(jié)循環(huán)泵的供電電壓來控制工作功率，可便捷地控制水流速度，以實(shí)現(xiàn)縱向?qū)Ρ龋床煌乃魉俣染哂邢嗤囊?guī)律；同時也可保證循環(huán)泵在同一供電電壓狀態(tài)下工作，更換不同的液體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣便能實(shí)現(xiàn)橫向的對比，即同一速度但規(guī)律仍舊適用.

3)顯示管上設(shè)有相應(yīng)的刻度，在高速管和低速管上又分別安裝了測壓器和測速器，通過讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)繪制成圖表，更加直觀地加以展現(xiàn)各量之間的關(guān)系.

4)設(shè)置過渡管，以往的儀器在高速管和低速管的連接上多半是直接相連，這樣容易導(dǎo)致當(dāng)液體流過低速管和高速管的連接處時會撞擊到連接面上，致使液體回流，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大.

4 結(jié)束語

隨著物理教學(xué)改革的不斷深入，越來越注重培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐的能力，改變以往的灌輸式教育，由學(xué)生通過對實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)并最終習(xí)得知識已逐漸成為主流教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教具的開發(fā)伴隨著課改穩(wěn)步推進(jìn)，每一次的改進(jìn)都是一次學(xué)習(xí)的積累，本文所述探究液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置在基于以往研究的基礎(chǔ)上又做了改進(jìn)，寄希望能夠?qū)?shí)際教學(xué)有所幫助.