巧制“公道杯”

重慶市育才中學校 張露 李建 李鴻

“公道杯”是我國古人飲酒用的一種器具。用此杯盛酒不能過滿，如果因貪心盛酒過滿，杯中的酒便會全部漏出，故名“公道杯”?！肮辣钡脑硎鞘裁?？下面，我們就通過自制一個簡易的“公道杯”一探究竟吧！

一、制作材料

透明塑料杯1個、吸管1根、空塑料瓶1個、熱熔膠槍、透明膠帶、擴孔器、剪刀、紅墨水等，如圖1所示。

圖1 制作材料

二、制作過程

1.取一個透明塑料杯，用擴孔器在其底部中央打一個小孔，使吸管剛好穿過，如圖2所示。

2.讓吸管穿過小孔，使杯內和杯外的吸管長度相近。將杯內的吸管折彎，使吸管口接觸杯子底部，做成排液通道，如圖3所示。

圖2 在杯子底部打孔

圖3 讓吸管穿過小孔，做成排液通道

3.用熱熔膠密封小孔和吸管接觸的部位，防止杯子盛水后水從小孔漏出。

4.將密封后的杯子正放在空塑料瓶的瓶口上，將滴有紅墨水的水緩慢倒入杯中?？梢钥吹剑谷氡泻螅]有從吸管的另一端流出。繼續加水，當水面超過吸管彎曲的頂部時，杯內的水開始從吸管另一端緩緩流出，直至杯中的水全部流出，如圖4所示。

圖4 演示“公道杯”

三、原理分析

圖5（a）所示為“公道杯”的結構圖。

圖5（b）所示的情形為，當水位線低于吸管最高點C時，左側吸管中內、外液面高度相同，壓強相同，液體不會從吸管另一端流出。

圖5（c）所示的情形為，當水位線高于吸管最高點C時，左側吸管外的液面比吸管內的液面高，形成了液面高度差，從而有了壓強差，杯內的水在壓強的作用下，從進水口A流入，出水口B流出，杯中的水就這樣從吸管緩緩地流了出來，直到流盡。該現象被稱為“虹吸現象”。

圖5 “公道杯”原理圖

四、進一步探究

1.如圖6（a）所示，在“公道杯”側壁開一個小孔，讓吸管穿過小孔，將杯內吸管折彎并使其一端接觸杯子底部，吸管的另一端保持水平，用熱熔膠槍將小孔與吸管接觸的部位密封，再將滴有紅墨水的水緩慢倒入杯中。此時會發生什么現象？

可以看到，當水位線超過杯內吸管彎曲處的頂部后，杯內的水才開始從吸管的另一端流出。當水位線停留在與水平吸管相平齊的位置時，水流就不再變化，如圖6（b）、（c）所示。

2.怎樣才能讓杯子里的水繼續流出呢？可將杯外吸管向下折彎（或用透明膠帶再連接一根一端彎曲的吸管），做成一個新款“公道杯”，重復剛才的實驗。

可以發現，一旦水位線超過杯內吸管彎曲處的頂部后，杯內的水就開始源源不斷地從吸管另一端流出，直至流盡，如圖7所示。

圖6 進一步探究的實驗現象

圖7 新款“公道杯”及實驗現象

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