“流体压强与流速的关系”演示器
“九年义务”人教版初中物理第一册”浮力”增加了“流体压强与流速的关系”一节,即伯努利原理,它是说明在流体力学中,流体压力的一个特征——稳定流动的流体(如流动中的空气或水)流过横截面大的地方流速小,压强大,而流过横截面小的地方,流速大,压强小。 由于是新内容,没有实验教具,我们初次按照书上图12—17中所画图形做出来的演示教具,发现效果并不理想,由于普通教室没有水龙头,实验起来很麻烦另外出现水柱过高以至于喷出等现象。根据自制教具经过多次改革调试,我们采用大号气球装水代替水龙头,并在出口处安装带活塞的阀口,将出口处调整到一个适当的开口,那么A、B、C处压强不至于过大或过小,让三个水柱能在竖直方向进行清晰比较,即:流速较大的位置,压强较小;流速较小的位置,压强较大。 教具设计:将玻璃制成如图1所示形状。
进水:用大号气球装水输送。 出口:制成带活塞的连通器,便于调节出水流速。 改进设计1:我们在图1教具基础上进行改进,如图2所示,将竖直方向三根玻璃管尾端拉细,制成吸管状尖嘴,调节出口活塞,让水柱呈现喷泉状,比较三管喷泉水柱的高低,来说明流体压强与流速的关系。 如图3所示,将彩色乒乓球轻轻放在喷嘴上方,由于大气压的作用,小球在水柱的托力下,飞速旋转。 演示效果:从竖直水柱到喷泉增加了调节阀,控制了水柱高低,用气球装水代替水龙头,解决了普通教室无水管的矛盾,采用喷泉效果,让普通的演示焕发色彩,配上乒乓球旋转,更增添了无穷的乐趣。 改进设计2:将连通器改制成如图4所示形状,根据伯努利原理:当空气在通道中沿着流线流动时,若它的流速增大,动压就会升高,同时其静压必有等量的下降,反之,如果流速减小,动压便下降,则其静压必有等量的升高。
实验操作:将连通器灌水,此时三管液面相平,打开电吹风,由于B处管较细,气体流速大于A、C两处,所以,B处压强小于A、C两处,三液面呈现不同的高度。 实验效果:将气流代替水流,原理不变,操作方便,实验效果显著,用电吹风吹气,气流恒定,可以换挡,进口处风力可调,管内可喷一口香烟,或让液体滴几滴牛奶,让视觉效果更佳。 注意事项:活塞阀内孔应尽量做大些,竖直玻璃管及开孔必须一致,气球皮应选大号,喷泉水柱要竖直,这样乒乓球才能始终不落,旋转飞舞。
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