一個初中物理實驗答案的質疑

1 問題提出與簡要分析

當前使用的一種初中物理教材在“課外實踐與練習”欄目，設置了一個小實驗［1］，如圖1所示：在飲料瓶中灌滿水。然后，在瓶的a、b（a、b兩點在同一水平線上）、c處各開一個小孔，將會發生什么現象？請說明其中的道理。

與該教材配套的教學參考資料提供的答案如下［2］：水從三個小孔中噴出，a、b兩孔水噴出的距離相等，c孔水噴出的距離較遠。由此說明：（1）液體對容器側壁有壓強；（2）在液體內部相同深度處的壓強是相等的；（3）液體內部的壓強隨著深度的增加而增大。

筆者認為，教材設置該小實驗以及教學參考資料所提供的參考答案欠妥，主要有兩個原因：

（1）實驗現象具有不確定性。飲料瓶置于地面，還是置于桌面，題中沒有確切表達。若飲料瓶置于地面，a、b小孔較接近于飲料瓶的一半深度處，觀察到的現象應該是：a、b小孔水噴出的距離相等，且較遠。若飲料瓶置于某一高度的桌面上，由于小孔深度（液面到小孔的豎直距離）和小孔高度（小孔到地面的豎直距離）的不確定性，造成實驗現象也是不確定的，可能是a、b兩孔水噴出的距離較遠，也可能是c孔水噴出的距離較遠。

（2）從現象到結論不合邏輯。水從三個小孔中噴出，能說明液體對容器的側壁有壓強，但無法推出教學參考資料所提供的“液體內部的壓強隨著深度的增加而增大”這個結論。因為水噴出的距離遠近，不僅跟小孔所處的小孔深度（液體壓強大小）有關，還跟小孔高度有關，由于a、c小孔所處的高度不同，故無法根據水噴出的距離遠近來說明小孔所處的液體壓強大小。

2 理論推導與實驗探索

2.1 理論推導

如圖2所示，裝滿水的容器置于水平地面，H表示液面離地高度，h表示小孔高度，s表示水從1孔噴出的距離。從小孔1處噴出的水，可以認為其動能由重力勢能轉化來的。

由mg(H-h)=12mv2得，小孔出口處水的速度為v=2g(H-h)。

根據平拋運動規律，可得

當h=-4H2(-4)=H2時，s2有最大值，即s有最大值。

結論：當小孔高度為液面離地高度的二分之一時，從該小孔噴出水的距離最大。對于置于水平桌面上的容器而言，上述結論同樣成立。由此可見，從小孔噴出水的距離并不隨著深度（或液體壓強）的增加而增大，小孔噴出水的距離遠近并不能反映液體壓強的大小。

2.2 實驗探索

實驗時，我們選擇了一只深度約為25cm的薄壁柱形容器，在其側壁母線上有規則地打一排小孔，并保持小孔間距為2.5cm不變，在小孔出水口制作了排水管及橡皮塞。將容器直接置于地面，每次測量只打開一個橡皮塞，并且容器始終

裝滿水，按序測出不同離地高度的小孔水噴出時的距離。為了使測得的數據較為可靠，每個小孔水噴出時的距離我們都進行了多次測量，取其平均值，記錄的實驗數據如下表：

小孔所處深度h/cm2.55.010.012.515.017.520.022.50

水平距離s /cm7.516.822.223.022.018.814.910.8

分析上述實驗數據可得：從小孔噴出水的距離并不隨著液體深度（或液體壓強）的增加而增大。

3 對今后教學的啟示

事實上，上述小實驗是初中物理教師在“液體壓強”教學中常做的一個實驗， 在練習中也經常能看到類似的實驗題。值得我們注意的是：水噴出的距離不僅跟小孔所處的深度（或液體壓強）有關，還跟小孔高度有關。小孔越深，噴出水的距離越大，是特定條件下的實驗現象，不能反映液體壓強大小。因為，在過去的教材中有測量液體內部壓強的有效辦法。本實驗不宜作為“液體內部壓強特點”教學時的探究性或驗證性實驗，否則會對學生產生誤導。

參考文獻：

［1］ 劉炳生、李容．義務教育課程標準實驗教科書-八年級物理下冊，江蘇科學技術出版社，2004：65-68

［2］ 劉炳生、李容．物理教學參考資料-八年級下冊，江蘇科學技術出版社，2005：66

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。