生活用品當(dāng)儀器因陋就簡做實(shí)驗(yàn)
——探究流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)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(qiáng)》第四節(jié)“流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”一節(jié)，主要探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，教材安排了三個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

一是硬幣跳高實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)雖然能引起學(xué)生的興趣，但可見度和實(shí)驗(yàn)成功率偏低，學(xué)生會(huì)認(rèn)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(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)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(qiáng)與流速關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。

三是機(jī)翼模型實(shí)驗(yàn)。教材提供自制機(jī)翼模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，但只停留在理論分析層面，無法直觀顯示機(jī)翼上、下方氣體壓強(qiáng)的大小。

另外，教材還設(shè)計(jì)了一個(gè)擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)——用傳感器研究氣體流速與壓強(qiáng)的關(guān)系。但在教學(xué)實(shí)踐中，真正擁有傳感器和相應(yīng)計(jì)算機(jī)軟件的學(xué)校并不多，農(nóng)村學(xué)校更無條件實(shí)現(xiàn)，難以推廣。

綜合以上情況，我結(jié)合課堂實(shí)踐，從導(dǎo)入到演示再到探究，制作了流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系一體化實(shí)驗(yàn)裝置，并設(shè)計(jì)成在裝置前后分別進(jìn)行流體（氣體和液體）壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示及機(jī)翼升力演示等系列實(shí)驗(yàn)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思路是：以目標(biāo)為指引，以活動(dòng)為載體，以問題的產(chǎn)生、討論、探究等為手段，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)；為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，通過引入實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)層層遞進(jìn)，提高興趣。

（一）引入實(shí)驗(yàn)：魔力乒乓球

用鐵架臺固定兩個(gè)頸對接的漏斗，分別用鼓風(fēng)機(jī)吹（見圖1-甲）和用礦泉水瓶中的水沖乒乓球（見圖1-乙）。此實(shí)驗(yàn)可見度高，現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間長，采用對比實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生初步感受液體和氣體壓強(qiáng)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?yàn)

（二）演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)一：“粗管、細(xì)管顯壓強(qiáng)”組合裝置

1.氣體壓強(qiáng)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(qiáng)計(jì)結(jié)合，注意U 形管開口要?jiǎng)偤弥糜诖?、?xì)通風(fēng)管道內(nèi)。

（2）使用：打開鼓風(fēng)機(jī)，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(qiáng)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(jī)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(qiáng)。

圖2 氣體、液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示實(shí)驗(yàn)

2.液體壓強(qiáng)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(xì)不同的管子相連，實(shí)現(xiàn)瓶中紅色液體流速不同，同時(shí)注意裝置的密閉性（如圖2 裝置右側(cè)部分）。

（2）使用：①當(dāng)液體靜止時(shí)，整個(gè)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(xì)管上方的液柱液面高）。此現(xiàn)象說明：液體的流速越大，壓強(qiáng)越小；流速越小，壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)越大。

（三）演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)二：模擬飛機(jī)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(jī)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(jī)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(xì)鋼絲（可用自行車輻條代替），將一個(gè)泡沫機(jī)翼模型穿過細(xì)鋼絲（如圖3 裝置右側(cè)部分）。

（2）使用：用鼓風(fēng)機(jī)從側(cè)面吹泡沫機(jī)翼模型，模擬飛機(jī)獲得升力向上升起（如圖3-甲），直觀顯示出飛機(jī)上、下表面壓強(qiáng)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(shí)驗(yàn)將抽象的機(jī)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(jī)翼模型時(shí)要注意長、寬、孤度適中，且用鼓風(fēng)機(jī)吹風(fēng)時(shí)要選在恰當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

（四）分組實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：用生活用品探究

設(shè)計(jì)大量小實(shí)驗(yàn)，探究流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)材料應(yīng)隨手可得且制作簡單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，讓學(xué)生在參與中體會(huì)到科學(xué)探究的樂趣，學(xué)會(huì)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(qiáng)小，下方氣流小、壓強(qiáng)大，氣壓差使紙片被吸在尺子上（圖4）。

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

圖3 模擬飛機(jī)升力實(shí)驗(yàn)

圖4 吹不落的紙片實(shí)驗(yàn)

圖5 吹不進(jìn)的紙團(tuán)實(shí)驗(yàn)

3.吹不走的小球：將兩個(gè)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(gè)乒乓球中間吹氣，兩個(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)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?yàn)

圖7 分不開的小船實(shí)驗(yàn)

三、創(chuàng)新點(diǎn)

將學(xué)生探究和教師創(chuàng)新演示結(jié)合，使氣體實(shí)驗(yàn)和液體實(shí)驗(yàn)一體化，有效彌補(bǔ)了教材無液體實(shí)驗(yàn)的不足，同時(shí)解決了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)氣體、液體實(shí)驗(yàn)分開操作的繁瑣。

實(shí)驗(yàn)裝置制作簡單、成本低，具有推廣價(jià)值。