生活用品當儀器因陋就簡做實驗
——探究流體壓強與流速關(guān)系的實驗改進與創(chuàng)新

■新疆伊犁州新源縣別斯托別中學(xué) 劉桂珍

一、教材分析

人教版初中物理第九章《壓強》第四節(jié)“流體壓強與流速的關(guān)系”一節(jié)，主要探究流體壓強與流速的關(guān)系，教材安排了三個學(xué)生實驗。

一是硬幣跳高實驗。此實驗雖然能引起學(xué)生的興趣，但可見度和實驗成功率偏低，學(xué)生會認為是吹出氣體的力把硬幣頂翻，而不容易聯(lián)系到是上、下氣壓差的問題。

二是吹紙實驗。此實驗可見度較高，成功率也高，操作簡單，但無法對比紙面兩側(cè)不同的流速，教材也沒有安排研究液體壓強與流速關(guān)系的實驗。

三是機翼模型實驗。教材提供自制機翼模型實驗驗證，但只停留在理論分析層面，無法直觀顯示機翼上、下方氣體壓強的大小。

另外，教材還設(shè)計了一個擴展性實驗——用傳感器研究氣體流速與壓強的關(guān)系。但在教學(xué)實踐中，真正擁有傳感器和相應(yīng)計算機軟件的學(xué)校并不多，農(nóng)村學(xué)校更無條件實現(xiàn)，難以推廣。

綜合以上情況，我結(jié)合課堂實踐，從導(dǎo)入到演示再到探究，制作了流體壓強與流速關(guān)系一體化實驗裝置，并設(shè)計成在裝置前后分別進行流體（氣體和液體）壓強與流速關(guān)系演示及機翼升力演示等系列實驗。

二、實驗設(shè)計

實驗設(shè)計的基本思路是：以目標為指引，以活動為載體，以問題的產(chǎn)生、討論、探究等為手段，達成學(xué)習(xí)目標；為了調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新思維，通過引入實驗、演示實驗、分組實驗層層遞進，提高興趣。

（一）引入實驗：魔力乒乓球

用鐵架臺固定兩個頸對接的漏斗，分別用鼓風(fēng)機吹（見圖1-甲）和用礦泉水瓶中的水沖乒乓球（見圖1-乙）。此實驗可見度高，現(xiàn)象持續(xù)時間長，采用對比實驗讓學(xué)生初步感受液體和氣體壓強與流速的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生一探究竟的欲望。

圖1 魔力乒乓球?qū)嶒?/p>

（二）演示實驗改進一：“粗管、細管顯壓強”組合裝置

1.氣體壓強與流速關(guān)系演示器

（1）制作：用泡沫自制兩端開口且內(nèi)徑不同的通風(fēng)管道，將其和U 形管壓強計結(jié)合，注意U 形管開口要剛好置于粗、細通風(fēng)管道內(nèi)。

（2）使用：打開鼓風(fēng)機，觀察到U 形管右邊管口間的橫截面窄，該管口上方的氣體流速大，壓強小，右管中紅色液柱升高（如圖2 裝置左側(cè)部分）。還可以通過調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機的風(fēng)速改變空氣流速，從而改變U 形管兩邊管口上方的流體壓強。

圖2 氣體、液體壓強與流速關(guān)系演示實驗

2.液體壓強與流速關(guān)系演示器

（1）制作：用三通接頭和空礦泉水瓶與兩根粗細不同的管子相連，實現(xiàn)瓶中紅色液體流速不同，同時注意裝置的密閉性（如圖2 裝置右側(cè)部分）。

（2）使用：①當液體靜止時，整個裝置就是連通器，兩根液柱的液面沒有出現(xiàn)高度差。②打開水龍頭，兩根液柱的液面均下降，且出現(xiàn)高度差（細管上方的液柱液面高）。此現(xiàn)象說明：液體的流速越大，壓強越小；流速越小，壓強越大。③緩慢打開水龍頭，使通過水管的液體流速逐漸增大，觀察到兩根液柱液面緩慢下降，且高度差越來越明顯。該現(xiàn)象表明：液體的流速越大，壓強越小。④緩慢關(guān)上水龍頭，使通過水管的液體流速逐漸減小，觀察到兩根液柱液面緩慢上升，且高度差越來越小。該現(xiàn)象表明：液體的流速越小，壓強越大。

（三）演示實驗改進二：模擬飛機升力

（1）制作：將U 形管兩端管口分別與透明塑料軟管連接，并將兩根塑料軟管的另一端管口固定在由泡沫制成的機翼模型的上方和下方一定距離處，通過U 形管兩邊液面高度差顯示演示機翼上、下方的不同流速（如圖3 裝置左側(cè)部分）。另外，在木板上固定光滑細鋼絲（可用自行車輻條代替），將一個泡沫機翼模型穿過細鋼絲（如圖3 裝置右側(cè)部分）。

（2）使用：用鼓風(fēng)機從側(cè)面吹泡沫機翼模型，模擬飛機獲得升力向上升起（如圖3-甲），直觀顯示出飛機上、下表面壓強的大小不同（如圖3-乙）。還可以改變風(fēng)速，觀察U 形管兩邊液面高度差的變化。

該實驗將抽象的機翼上、下方流速轉(zhuǎn)換為具體的U 形管兩邊液面的不同高度，大大縮小了學(xué)生在思維上的跨度。制作泡沫機翼模型時要注意長、寬、孤度適中，且用鼓風(fēng)機吹風(fēng)時要選在恰當?shù)奈恢谩?/p>

（四）分組實驗改進：用生活用品探究

設(shè)計大量小實驗，探究流體壓強與流速關(guān)系的規(guī)律。實驗材料應(yīng)隨手可得且制作簡單，實驗現(xiàn)象明顯，讓學(xué)生在參與中體會到科學(xué)探究的樂趣，學(xué)會總結(jié)規(guī)律。

1.吹不落的紙片：將紙片放在直尺下方，從上方吹氣，上方氣流大、壓強小，下方氣流小、壓強大，氣壓差使紙片被吸在尺子上（圖4）。

2.吹不進的紙團：在礦泉水瓶口放一個小紙團，正對著瓶口往里吹氣，紙團不僅沒被吹入瓶中，反而飛了出來（圖5）。

圖3 模擬飛機升力實驗

圖4 吹不落的紙片實驗

圖5 吹不進的紙團實驗

3.吹不走的小球：將兩個乒乓球放在用泡沫板與一次性筷子制作的凹槽上，用吸管對著兩個乒乓球中間吹氣，兩個乒乓球沒有被吹開，而是越來越靠近（圖6）。

4.分不開的小船：用兩個礦泉水瓶蓋代替兩艘小船，將其保持一定距離置于水面；在注射器前端固定一截塑料軟管，將注射器吸滿水，自制一個射水裝置；將塑料軟管的另一端置于兩艘小船中間偏后方的位置，推動注射器推柄，使兩艘小船之間產(chǎn)生水流，觀察到兩艘小船彼此靠近（圖7）。

圖6 吹不走的小球?qū)嶒?/p>

圖7 分不開的小船實驗

三、創(chuàng)新點

將學(xué)生探究和教師創(chuàng)新演示結(jié)合，使氣體實驗和液體實驗一體化，有效彌補了教材無液體實驗的不足，同時解決了傳統(tǒng)實驗氣體、液體實驗分開操作的繁瑣。

實驗裝置制作簡單、成本低，具有推廣價值。