學(xué)生對(duì)用水瓶做平拋實(shí)驗(yàn)的研究

張國(guó)棟　楊子鈺　孫紀(jì)禹

(哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)　黑龍江 哈爾濱　150080)

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學(xué)生對(duì)用水瓶做平拋實(shí)驗(yàn)的研究

張國(guó)棟楊子鈺孫紀(jì)禹

(哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)黑龍江 哈爾濱150080)

摘 要：人教社《物理·必修2》教材第五章第3節(jié)“實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)”中，介紹了用飲料瓶研究平拋運(yùn)動(dòng)的參考案例．課下兩位學(xué)生討論了插入進(jìn)氣管的指導(dǎo)原則．

關(guān)鍵詞：平拋實(shí)驗(yàn)飲料瓶進(jìn)氣管

在人教社《物理·必修2》教材第五章第3節(jié)“實(shí)驗(yàn)：研究平拋運(yùn)動(dòng)”中，教材介紹了用飲料瓶研究平拋運(yùn)動(dòng)的參考案例，原文如下：

“如圖1所示，倒置的飲料瓶?jī)?nèi)裝著水，瓶塞內(nèi)插著兩根兩端開(kāi)口的細(xì)管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細(xì)的硬管作為噴嘴．

水從噴嘴中射出,在空中形成彎曲的細(xì)水柱，它顯示了平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡．設(shè)法把它描在背后的紙上就能進(jìn)行分析處理了．

插入瓶中的另一根細(xì)管的作用,是保持從噴嘴射出水流的速度,使其不隨瓶?jī)?nèi)水面的下降而減?。@是因?yàn)樵摴苌隙伺c空氣相通,A處水的壓強(qiáng)始終等于大氣壓,不受瓶?jī)?nèi)水面高低的影響．因此,在水面降到A處以前的一段時(shí)間內(nèi),可以得到穩(wěn)定的細(xì)水柱．”

圖1　用飲料瓶研究平拋運(yùn)動(dòng)

關(guān)于最后一段話(huà)包含的原理，正在授課班學(xué)習(xí)的兩位學(xué)生自發(fā)地進(jìn)行了研究，而且分別寫(xiě)出了兩份討論報(bào)告，如圖2所示．他們綜合討論了以下幾個(gè)問(wèn)題.

圖2　兩位學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1只插入B管是否可行

如圖3所示，設(shè)瓶(形變量很小)內(nèi)氣壓p內(nèi),則B管口(距瓶塞距離幾乎為零)壓強(qiáng)為pB=p內(nèi)+ρgh2．若pBp0，隨著B(niǎo)管出水，h2減小,v氣增大，p內(nèi)減小，pB減小，v0減小，直到pB=p0時(shí)，停止出水也停止進(jìn)氣．綜上，只插入B管不可行．

圖3　瓶口只插入B管不可行

2A管插入液面以上是否可行

如圖4所示，此時(shí)pB=p0+ρgh2，隨著液體流出，h2減小,pB減小,v0減?。訟管插入液面以上不可行．

圖4　A管插入液面以上不可行

3教材的參考案例是否可行

若A管口在液面以下，在B管口以上，A管會(huì)進(jìn)

氣還是會(huì)出水，這對(duì)B管口壓強(qiáng)有何影響？

如圖5所示，當(dāng)瓶?jī)?nèi)氣壓過(guò)大時(shí)，有可能使A，B管均先出水，此時(shí)pB=p內(nèi)+ρgh2，h2減小,p內(nèi)減小，pB減小，難以維持穩(wěn)定壓強(qiáng)，初速度不穩(wěn)定．

圖5　保持B管初速度大小不變的情況

當(dāng)pA=p0=p內(nèi)+ρgh1時(shí)，A管停止出水，此時(shí)由于h2>h1，pB=p內(nèi)+ρgh2>p0，B管仍然出水．隨著液面下降，h1減小,p內(nèi)減小，A管口開(kāi)始進(jìn)氣，補(bǔ)充瓶?jī)?nèi)氣體，維持動(dòng)態(tài)平衡．此時(shí)有

pB=pA+ρgH=p0+ρhH

保持pB不變，初速度大小不變．

4若A管口在B管口以下是否可行

問(wèn)題3中相當(dāng)于A是B的“保護(hù)管”，如果將二者位置對(duì)換，即B變成了“保護(hù)管”，負(fù)責(zé)進(jìn)氣，維持A管口壓強(qiáng)不變，這就偏離了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

以上4個(gè)問(wèn)題均是學(xué)生提出并且一一解答的，教師只是負(fù)責(zé)調(diào)整論證順序．雖然高一的學(xué)生還不會(huì)處理非平衡態(tài)下的流體問(wèn)題，但筆者覺(jué)得他們至少有3點(diǎn)值得肯定．一是有學(xué)習(xí)興趣，喜歡研究物理問(wèn)題；二是懂得合作學(xué)習(xí)，互相交流、借鑒；三是分析能力強(qiáng)，邏輯嚴(yán)密．

Students′ Research on Flat Parabolic

Experiment Using A Water Bottle

Zhang guodongYang ziyuSun jiyu

(Harbin Normal University affiliated middle school，Harbin，HeiLongJiang 150080)

Abstract:The experiment mainly takes Chapter 5 Section III of compulsory two textbook of People's Education Press: 《Experiment: Research on the horizontal movement 》. A reference case for the study of the use of a drink bottle is presented. The guiding principle of inserting the intake pipe is discussed by the two students in the class.

Key word:flat throw experiment；drink bottle；intake pipe

收稿日期：(2015-03-18)