液體壓強與流速關系實驗演示儀

黃 軍，鐘勁翔

(西華師范大學 物理與空間科學學院,四川 南充 637000)

“液體壓強與流速關系”既是大氣壓強、液體壓強等力學知識的拓展與延伸，同時又是流體力學的知識基礎[1]，該章節的教學旨在教會學生知識的同時更要教會學生運用所學知識解釋實驗和生活中的相關現象. 從教學過程上講，該知識點要通過一定的實驗最終讓學生自我總結得出結論，因此實驗便成了教學的關鍵環節，實驗器材的選擇也顯得尤為重要.對于喜歡動手動腦但又缺乏理性思維的初中生而言，能否找到結構簡單、原理清晰、操作便捷的實驗儀器直接決定著教學效果的好壞. 因此，筆者設計了液體壓強與流速關系的實驗裝置.

1 現有實驗儀器的不足

目前，在探究液體壓強與流速的關系的教學中，大多利用傳統教具兩端開口的連通器式演示儀來完成探究演示. 這種方式雖然可以達到教學目的，但實驗過程中水的流速不同只能通過水平管的橫截面積的大小來推理判斷，需要學生具有一定的生活實踐經驗或較強的分析判斷能力，而該物理現象在生活中的直觀呈現也不多見，因此，在教學活動中學生不易將液體的壓強與流速有效聯系起來，甚至存在種種疑惑，導致實際實驗探究效率不高.

北師大版教材所提供是實驗裝置[2]，雖有較明顯的實驗現象，但學生在知識點的理解上往往存在較大的困難，且所示儀器成本較高，不易普及. 當然，也有許多類型的自制教具. 文獻[3]所述儀器存在著實驗過程短，不可控因素太多等缺點. 文獻[4]所述船吸實驗也存在著紙船吸水、不穩定、噴水角度需要調整等不足.

2 儀器結構

液體壓強與流速的關系演示儀如圖1所示，其特征是過渡管的一端與高速管相連接，過渡管的另一端與低速管相連接，高速管連接集液池，低速管連接輸液池，高速管的管壁上設置有低壓顯示管，低壓顯示管的一側設置有測壓器和測速器，低速管的管壁上設置有高壓顯示管，高壓顯示管的一側設置有測壓器和測速器，循環泵通過連接管分別與輸液池和集液池相連接，輸液池和集液池的內部裝有液體.

圖1 儀器結構圖

3 特色與創新

針對現有裝置的不足，本文所述儀器具有以下創新：

1)高速管和低速管上部分別設有顯示管，可以通過顯示管內液面的高低直觀地呈現水平管內各部分液體壓強的大小.

2)輸液池和集液池中間位置設有循環泵，可以通過調節循環泵的供電電壓來控制工作功率，可便捷地控制水流速度，以實現縱向對比，即不同的水流速度具有相同的規律；同時也可保證循環泵在同一供電電壓狀態下工作，更換不同的液體進行實驗，這樣便能實現橫向的對比，即同一速度但規律仍舊適用.

3)顯示管上設有相應的刻度，在高速管和低速管上又分別安裝了測壓器和測速器，通過讀取數據，將數據繪制成圖表，更加直觀地加以展現各量之間的關系.

4)設置過渡管，以往的儀器在高速管和低速管的連接上多半是直接相連，這樣容易導致當液體流過低速管和高速管的連接處時會撞擊到連接面上，致使液體回流，導致實驗結果誤差較大.

4 結束語

隨著物理教學改革的不斷深入，越來越注重培養學生動手實踐的能力，改變以往的灌輸式教育，由學生通過對實驗規律的總結并最終習得知識已逐漸成為主流教學模式，實驗教具的開發伴隨著課改穩步推進，每一次的改進都是一次學習的積累，本文所述探究液體壓強與流速關系的實驗裝置在基于以往研究的基礎上又做了改進，寄希望能夠對實際教學有所幫助.