探尋水的秘密
——水流動性實驗的設計

■浙江省溫州市洞頭區第二中學 陳 展

對于初中生而言，探究性實驗能提高他們的觀察能力與思考問題的能力，但值得注意的是，實驗材料、設計的問題等應貼近學生生活。我以水為載體，通過生活中的例子，讓學生研究水流漩渦流動的方向、水流動的黏性等問題，以培養學生的科學探究精神與實事求是的科學態度。

一、衛生間里水流漩渦的秘密

在衛生間里洗完臉后，放掉洗臉池中的水，當水快放完時，水流會產生一個漩渦，而且總是朝一定的方向流動，浴缸、馬桶中的水也一樣。針對這些現象，教師可向學生設計幾個問題。

1.洗臉池中的水快放完時，漩渦的水流方向是順時針還是逆時針？請你多做幾次實驗，并完成表1，在對應表格中打鉤。

表1

2.你認為水流的方向受哪些因素影響？請設計方案并加以驗證。教師可事先給出幾個方案，再讓學生自己設計幾個方案，并加以驗證。

方案一：驗證外界動力對水流方向的影響。如在洗臉池中，用手指攪動水，讓水流按順時針或逆時針轉動，觀察最終水流方向有沒有變。如果有變，結果是否都為同一個方向。將觀察結果填入表2，得出一般性的結論。

表2

方案二：探究水流方向是否與洗臉池的結構有關。先對一個塑料盆進行改造，在盆底開一個洞，在洞口處接一根下水管，并且把水管帶螺紋的部分剪掉，只留其光滑的一段。然后塞上塞子，將盆內裝滿水。靜置一段時間后，拔掉塞子，觀察有沒有漩渦產生及漩渦的方向。

還可做對比實驗，如放入不同螺紋的水管或改變盆底洞口的大小，要求學生控制好相關變量，進一步實驗。學生會從中發現，洞口開到一定大小時，水流就不會產生漩渦，且水管上螺紋的不同也會對水流方向產生一定影響。

圖1 探究水流方向是否與洗臉池的結構有關

在此基礎上，教師引導學生思考是否還有別的因素影響水流的方向，并向學生介紹“科氏力”，即地球自轉產生的慣性力。一般物體受這個力的作用很小，基本感覺不到，但地球上運動的物體特別是流體，受科氏力的影響就非常大。在南、北半球上，這個力影響的方向是不一樣的，從而造成漩渦水流方向不一樣。

圖2 南、北半球上的科氏力的影響方向不一樣

二、水與容器的黏合性

將塑料盆中的水倒出時，會發現塑料盆內的水很難倒干凈，總會有一些水附在盆壁，這是為什么？

這里涉及水的黏性問題，教師可通過設計實驗要求學生探究水的黏度與哪些因素有關。如分別將500 克水倒入不同的容器（塑料盆、鐵盆），從倒出水時開始計時，到基本沒有水流下來（上一滴水滴下來后5 秒內沒有水滴下來）停止計時，水倒完的時間越長，說明水與相應容器的黏合性越強。實驗數據記錄如表3。

表3

接著，教師進一步引導學生探討：容器的不同角度、不同水質對倒完水的時間是否有影響？為什么？加入潤滑劑，是否會讓水流得快一些？也可讓學生思考，人體內的血液也具有黏合性，由此可以得到哪些啟發？

三、總結

對于初中生來說，以上實驗具有探索性質，深入下去都是非常高深的問題，涉及流體力學、萬有引力等。設計這些實驗的主要目的不是讓學生立馬得出正確的答案，而是激發他們科學探究的精神與通過實驗得出結果的實事求是的科學態度。多開展一些這樣的課外探究性實驗，對學生科學能力的培養很有意義。