液體流速與壓強關系演示器

一、問題的提出

流體力學即流體的力現(xiàn)象，是初中物理學習中的一個重要內容。如今，飛機已經(jīng)成為我們生活中重要的交通工具，而這個愿望的實現(xiàn)就與流體力學有著密切的聯(lián)系。

早在1738年，伯努利就發(fā)現(xiàn)流體壓強與流速有關，這不僅揭開了鳥在天空中翱翔的奧秘，也成為了人類打開空中旅行大門的鑰匙?？茖W家通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，流體在流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大，即伯努利原理。伯努利原理對液體和氣體都適用。

在教學實踐中，我們在探究這一原理時，對于氣體的流速與壓強的關系可用紙條進行驗證，并能取得良好的實驗效果。但對于液體的流速與壓強的關系，課本中沒有相應的實驗來驗證，實驗室里也沒有相應的儀器來進行實驗。為了解決這一教學中的難題，我們設計制作了“液體流速與壓強關系演示器”，可較好地進行液體流速與壓強關系的探究。

二、實驗裝置圖（如圖1）

圖1

三、制作材料

10 mL 注射器一支，5 mL 注射器一支，1 mL注射器一支，2號膠塞一個，3號膠塞兩個，4號膠塞一個，同型號7 號針頭兩支，空圓珠筆芯一支，輸液管兩條，止水夾一個，小藥瓶一個，帶螺母小螺絲一個，乳膠管一段，有機玻璃板若干，熱熔膠棒一段，亞克力膠水一瓶，接線柱四個。

四、制作過程

1.制作支架：在有機玻璃板上截取260 mm×130 mm的一塊作為支架的豎板，截取260 mm×100 mm的一塊作為支架的底座，將豎板用亞克力膠水粘在底座一端距左邊10 mm 和距前邊60 mm 處，在豎板的后面兩邊用亞克力膠水各粘上一塊三角形有機玻璃，用于固定豎板，制成支架。

2.截取35 mm×25 mm的有機玻璃兩塊，在其一端距上邊5 mm處的中間位置分別打一略小于5 mL注射器筒直徑的孔，然后將兩塊有機玻璃用亞克力膠水粘在豎板的前面和底座上，兩塊有機玻璃之間的距離與5 mL注射器筒等長。

3.在兩個3 號膠塞和4 號膠塞上各打一個小孔。

4.將5 mL 注射器筒和1 mL 注射器筒的底和上口凸出部分切去，并在5 mL 注射器筒中間側壁上用打孔器打一小孔，塞入2 號小膠塞（如圖2）；在1 mL注射器筒中間側壁上，用燒紅的鐵絲燙一個盡量大的孔，在孔外套上4 號膠塞將孔封閉，并在膠塞上標出孔的位置（如圖3）。

圖2

圖3

5.從距輸液器滴液壺下端約三分之一處切斷，并在輸液管的下端插入一段長20 mm 的空圓珠筆芯（輸液管的長度約200 mm），然后將輸液管帶筆芯端插在2 號針頭內，并保證不漏氣。

圖4

6.把一支針頭插入5 mL 注射器上的2號小膠塞，并使針頭伸入到注射器筒內，另一支針頭插入1 mL注射器上的4 號膠塞，使針頭從1 mL 注射器筒壁上燙的孔中伸入到注射器筒內（如圖4）。

7.將5 mL 注射器筒放入支架上的兩塊有機玻璃中間，從兩塊有機玻璃上的孔中用力塞入打有孔的3 號膠塞，并在左邊膠塞的孔中插入一支10 mL 注射器，右邊膠塞的孔中插入一支1 mL注射器筒，并使注射器筒上的小孔向上。

8.在豎直的有機玻璃板的上端近邊緣處用熱熔膠棒把帶有三分之一滴液壺的輸液管垂直粘在有機玻璃板上。

9.在小藥瓶的底部中央和近瓶口的側壁上各打一個孔，在底座距右端30 mm 的中線上也打一個小孔。在小螺絲上套上橡膠墊，然后從瓶內穿過底部的孔和底座上的孔，把小藥瓶固定在底座的右端，作為儲液瓶。

10.在1 mL注射器的右端套一段乳膠管，在乳膠管上夾一個止水夾，然后把乳膠管的右端從瓶壁上的孔中伸入到儲液瓶底部。

11.在底座的四角各擰上一個接線柱作為支撐腳。

五、進行實驗

1.實驗步驟：①向儲液瓶內倒入一定量的紅色液體（便于觀察）。

②打開止水夾，拉動左側注射器的活塞，使5 mL 和1 mL 注射器筒內充滿液體。

③用止水夾夾住乳膠管，慢慢推動左側注射器活塞，使液體進入輸液管到達滴液壺內，用另一支注射器吸取滴液壺內的液體，使兩滴液壺內的液體液面處于同一高度（如圖5）。

圖5

④打開乳膠管上的止水夾，讓兩輸液管內的液體自然下流，觀察兩輸液管內紅色液體下降的速度及高度。

2.實驗現(xiàn)象①：兩輸液管內紅色液柱下降的速度相同，下降時液柱保持相同的高度（如圖6）。

3.實驗結論①：這說明粗注射器和細注射器內液體的壓強相等。即在注射器筒內的液體不流動時，粗細注射器筒內液體的壓強相等。

4.繼續(xù)實驗：⑤重復上述步驟③的操作，重新使兩輸液管內充滿液體，并使兩滴液壺內的液體液面處于同一高度，然后打開乳膠管上的止水夾，并快速反復推拉左側注射器活塞，觀察兩輸液管內紅色液體下降的速度及高度，之后用止水夾夾住乳膠管（如圖7）。

圖6

圖7

5.實驗現(xiàn)象②：可看到與粗注射器筒相通的輸液管中液柱下降的速度慢，與細注射器筒相通的輸液管中液柱下降的速度快，兩輸液管中的液柱出現(xiàn)非常顯著的高度差。

6.實驗結論②：這說明液體在粗細注射器筒內流動的過程中,筒內液體的壓強不同。即粗注射器筒內液體的壓強大，相連的輸液管中液柱下降的速度慢；細注射器筒內液體的壓強小，相連的輸液管中液柱下降的速度快。

液體的流速與壓強成反比，流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大。

7.實驗解釋：等量液體在相同時間內流過粗細不同的注射器筒時，速度必然不同，即粗注射器筒內液體流動的速度較慢，細注射器筒內液體流動的速度較快。導致的結果是粗注射器筒內液體的壓強大，細注射器筒內液體的壓強小。

六、儀器特點

1.注射器推拉越快，液體流速越快，現(xiàn)象越明顯。

2.形象直觀，操作簡單，現(xiàn)象明顯。