自制水位動力船模型

■吳 敏

同學們在學習《相互作用》這一章節時，理解“物體間力的作用是相互的”是重點和難點，教材中安排了一些小實驗，但是因為這些實驗學生并不熟悉，所以學生感受不太深刻，如果學生能夠親自動手設計實驗、組裝實驗裝置來感知實驗的原理，那么對力的相互性理解起來就會更加深刻。下面就通過介紹水位動力船的制作方法及使用實現水位動力船在水里“航行”，來達到突破本節重點和難點之目的。

一、水位動力船的制作

1.實驗要求與器材。

利用瓶中的水位差將液體壓出，從而推動小船前行，直觀感知物體間力的作用是相互的。

需要的實驗器材：熱熔膠槍、熔膠棒、塑料吸管、空塑料瓶、橡皮筋、食用色素少許。

2.實驗步驟。

(1)在無蓋的空塑料瓶上鉆一個小孔(孔的位置見圖1)，插入吸管，取適當長度的吸管剪斷，用熱熔膠將孔隙處進行密封處理。

(2)將另外兩個有蓋的空塑料瓶并排，將兩根橡皮筋套在瓶身上，相隔一定的距離，將開口的空塑料瓶放在中間，撐開兩個有蓋的空塑料瓶，讓吸管露出在兩根橡皮筋之間。

圖1

(3)在泡沫盒中放入適量的水，將色素水倒入到中間開口的空塑料瓶中，從而推動小船前行。(如圖1)

3.注意事項。

(1)使用熔膠槍焊接吸管時，要注意用電安全，熔膠槍頭溫度高，不要被燙傷。

(2)吸管與空礦泉水瓶的縫隙處要密封完好。

(3)吸管插入到接近瓶底部的位置，距離底部3cm 最優。

(4)兩根橡皮筋捆綁兩個空礦泉水瓶的位置高度要一致，以增加水位動力船的穩定性。

二、實驗討論

問題1：為什么將吸管插入到空塑料瓶接近底部的位置?

答：讓液面與吸管口之間有一個水位差，從而形成壓力差，使水會從吸管中以較快的速度流出。

問題2：將染有色素的水倒入中間開口的空塑料瓶中，這一操作有何好處?

答：可以明顯觀察出水位動力船通過吸管向外排水，還能辨認出水位動力船前行的軌跡。

問題3：生活中有沒有與水位動力船原理類似的應用?

答：火箭升空是通過向下排放氣體，從而實現讓火箭向上升空的；噴氣式飛機是通過讓空氣加熱膨脹后從尾部噴出，從而使得飛機獲得向前的動力；灌溉噴水器在工作時，當水在一定壓力下從彎管的噴嘴中噴出時，彎管會后退，從而發生旋轉，實現自動改變噴水的方向。

三、小結與反思

學生通過自己動手制作實驗裝置，使瓶內水的液面和吸管口之間形成高度差，從而使水從吸管中以較快的速度流出，感受水位動力船運動的過程。在實驗中，還可以提出問題：若吸管插入空礦泉水瓶的位置再高些，實驗能成功嗎?水位動力船向前“航行”的動能是由什么能量轉化來的?

總之，通過自制的水位動力船模型，可以幫助學生加深對物體間力的作用是相互的認識；利用制作的水位動力船模型來說明生活中的火箭升空、噴氣式飛機、灌溉噴水器的原理，可以促進學生對物理間力的作用是相互的認識，培養學生的模型建構、類比和轉換的物理研究能力。