weixin 发表于 2022-3-3 15:32

神奇而古老的力学实验

1、吹气成“雾”
将一小段细玻璃管在酒精灯火焰上烧软后弯成V形,成一连通器(也可采用透明细塑软管弯制),在里面装上色水。可看到连通器内的水柱在静止时两边液面平齐(成一小压强计)。实验时用一段玻璃管(其它空心细管也行)对着V形玻璃管的a 端吹气。由于a 端玻璃管口的空气流速大,压强小,在大气压的作用下,V形管的水柱向a 端移动(可看到V形管里a 端水面明显高于b 端)。如果使劲吹,则可看到a端玻璃管口有细水珠(“雾”)喷出,如图1所示,并可将V形管里的水全部吹完。此实验可说明喷雾器的原理。
图1
2、物“钻”水管
取一段塑料软管(笔者用洗衣机排水管),将一些硬泡沫塑料弄碎(大小应能顺利进入塑料水管为宜),并把它们倒在桌面上。实验时将塑料软管的a 端对着碎泡沫塑料,使劲甩动塑料管的b 端,让它快速地做圆周运动。由于b 端空气流速大,压强小,则在大气压的作用下,塑料管内形成一股气流,气流方向由a 端指向b 端。看到的现象是:桌面上那些碎塑料块快速地从a 端的塑料管中“钻”入,而从b 端的塑料管口中“跑”出来,如图2所示。
图2
3、压强大小比较
器材:两支一次性注射器,一支为5mL,一支为2.5mL,胶皮管一小段(外径0.8cm),两小段细玻璃管(或透明稍硬细塑料管,注射器套针头塑料管笔),AB胶。

制作:取1个饮料瓶盖子,在其上面打孔,直径能让大注射器的外筒紧紧套入。将大注射器外筒上的手柄剪圆(注意留有翻边),把大注射器的外筒从盖里的孔中向盖外穿出,让注射器剪圆后的翻边卡在盖底(用AB胶再粘牢)。将两支一粗一细的一次性注射器的装针部分去除(成圆筒状),用细玻璃管在火上烧热后在两注射器上打孔,在注射器打好的孔上分别安上玻璃管(或细塑料稍硬吸管),并用AB胶粘牢,形成两个“三通”。在小注射器的外筒上套入一小段胶皮管后紧紧插入注射器的外筒内。装置如图3所示。
图3
“我”出“你”进
实验时将色水装入(可用注射器)图3装置的a、b玻璃管中(成两段小水柱),对着瓶盖口往大注射器外筒内吹气。由于大注射器外筒内的气柱流速比小注射器外筒的气柱流速小,看到的现象是a 玻璃管中的水柱被“顶”出玻璃管外,b 玻璃管中的水柱被“吸”进小注射器外筒内。


下管不喷水
将图3装置的饮料瓶盖拧在一个去掉瓶底的饮料瓶口上,实验时往瓶内倒水,如图4甲所示。看到的现象是a 玻璃管中有水喷出,而b 玻璃管中无水喷出,若这时用注射器向b 玻璃管中注入红水,而红水立刻被吸进小注射器外筒内的水里,原理同前,不再赘述。
图4
4、巧得两个实验

大气压实验
用一个透明塑料饮料瓶(大小不限),在瓶壁(靠底部)上打一个小孔,用一手指摁住小孔(或用透明胶带粘贴小孔),往瓶内注满水后拧在图3装置的瓶盖上,用原来小注射器的活塞(或手指)堵住小注射器的外筒,把整个装置竖直倒放。

实验时,我们看到的现象是a、b管没有水喷出(如图5甲所示),若松开堵小孔的手指,则a、b管中有水喷出。一堵一放,则a、b管中时无水喷出,时有水喷出,手指就像开关一样。
图5
液体压强随深度的增加而增大
在上个实验中松开堵小孔的手指时,a、b管中都有水喷出。看到的现象是b 玻璃管中的水柱比a 玻璃管中的水柱喷得远(如图5乙所示)。此实验说明液体对侧壁的压强随深度的增加而增大。

注:要保证a、b管中喷水射程随深度增加而增大,要求H≥h,即拎高的高度不低于瓶和注射器总液体的深度。在这种装置条件下,就可以实现以喷水射程的大小来定性演示液体压强与深度的关系。

5、两船相撞
江河里的船只发生相撞事故时有发生,用简单材料可做两船相碰的模拟实验。用硬泡沫塑料做两只小船,把“船仓”挖空一些。在两船的尖端部分分别拴上橡皮筋,在水盆中装水,把两船放入水盆中,“船”上橡皮筋用透明胶带粘在水盆边上,在两船的船仓内装一些小石子,让两船有一定的“吃水线”(实验时确定),用一个2L饮料瓶去底,并在其瓶盖上打孔后,安一段皮管,让里边的水能产生一急水流,对准两船中间冲,如图6所示。
图6
这时看到两船靠拢,并相互碰撞。实验说明:流动的液体和气体都是流速越大压强越小。船只前进,水相对船只向后流,两船如果靠得很近,水流过两船之间的狭窄水道时流速大,压强变小,于是两船外侧的水将压迫船只靠近而相撞。行驶在马路上的两辆汽车,如果靠得太近,速度不能太快,否则也会发生撞车事故。

来源:物理学科网,作者:liuxinyuan2012。

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