物理是一门以观察和实验为基础的学科。充分重视实验,认真准备,做好每一个演示实验和学生实验,让学生在观察或自己动手的实验过程中体会到成功的欢乐和喜悦。激发学习物理的兴趣和积极性,对培养学生的观察和实验思维能力以及实事求是的科学态度,也具有十分重要的意义。因此,即使实验条件很差,也要采取“坛坛罐罐”当仪器,“拼拼凑凑”做实验的方法,创造条件,千方百计做好各种实验。利用日常物品做实验,不但具有简便、直观的优点,而且有利于学生动手能力和创新意识的培养。
这里针对流体压强与流速的关系的内容,介绍几例简易有趣、师生均可动手做的,使学生产生悬念性,具有吸引学生注意力,激发学生思维的实验。
一、向上吹乒乓球
1.用细管吹乒乓球
取内径约3~8mm的细管为宜。若管太细,出气量小,乒乓球很难被吹起;若太粗,出气量大,虽可以把乒乓球吹起,但在肺活量一定时,吹气时间太短,球精彩悬浮的时间过短。
把细管一端含在口中,另一端做为出气口。竖直向上,吹气,把乒乓球放在出气口上方,会发现乒乓球不会跑掉,而只在其上方打转儿。若细管一端粗另一瑞细,则细的一端做为出气口。
几类细管使用说明:
(1)若是较硬的细管,不能弯曲,例如笔杆之类,需仰面向上吹。
(2)若是可以弯曲的管。一端含在口中,通过弯曲,使另一端出口向上。面部不必上仰,做起来比较从容。注意,使用时,不要使弯曲部分阻塞气流,要保持气流畅通。
这里介绍一种透明无色软胶管(还可以做虹吸现象,水平仪实验等),胶管类市场有售。内径约8mm,取长约30cm,一端含在口中,另一端开口向上,用手指捏住出气口的一侧,使出气口变狭窄,这样使得出气口气流速度更大,也使得一口气能吹的时间持续更长,使乒乓球悬浮在空中时间更长,效果更佳。
2.用吹风机吹乒乓球
吹风机出风口向上放置,打开冷风开关(若只有热风开关也可,只不过多费些电),把乒乓球放在出风口上方,乒乓球悬浮打转儿,不掉下来。由于吹风机的气流量大,且可持续吹风,此现象更为显著。球也可以选用比乒乓球尺寸更大一些的,但要注意质量不要过大。
提示:不论是用细管吹或者是用吹风机吹,悬浮的乒乓球都可以随细管或吹风机做上、下、左、右的移动。或者是使出气口与竖直方向成一定的角度倾斜,而球不下落,使现象更加神奇。
3.对上述现象的解释
无论是细管或吹风机,吹出的气流出来后,大体上散开成圆锥状气流,把乒乓球放在上方,气流冲击着小球,小球在竖直方向上受到重力和气流的冲击力。二力基本上平衡,使小球漂浮在气流里一样,不会落下来。
在水平方向上,当小球要跳出气流,远离气流中心时,由于气流内层流速大,压强小,气流外层流速小压强大,在压力差的作用下,自动地把它压回到圆锥状气流里边,使它基本上回到气流中心(流速最大的位置)。
二、电风扇吹塑料瓶
找一个带盖的空矿泉水瓶(塑料饮料瓶之类),在盖上穿一个小孔。用一根橡皮筋穿过小孔,在盖内侧打结,合上瓶盖。将皮筋的另一端拴挂在铁架台的横杆(尽量要长一些)上。这样,塑料瓶便通过橡皮筋悬挂在铁架台上了。用台扇(或落地扇)正对着塑料瓶水平吹。
瓶不旋转时,让风水平正对着它吹,逆着气流方向看,在气流的作用下,发现瓶只是向远离电风扇的方向倾斜。
当瓶旋转时,观察到的现象有所不同。首先,如向让瓶子旋转呢?用双手多次对搓瓶子,使橡皮筋发生明显形变:放开手后,橡皮筋要恢复原状,从而带动瓶子开始旋转(实验正是利用此旋转)。若瓶子旋转时,不吹风,则瓶子仍是竖直悬挂。若打开电风扇,使水平气流正对着旋转的瓶子吹,逆着气流方向看,瓶子在远离电风扇的同时,明显地向一侧倾斜了。
当瓶子旋转方向相反时,它向另一侧倾斜了。该现象同样可以用“流体在流速大的地方压强小,流速小的地方压强大”的知识来解释。
提示:若直接用手搓瓶子产生的旋转来实验,效果不好。一是瓶子转动的时间短,转速小。二是瓶子摇摆不稳定。而利用橡皮筋显著形变后,要恢复原状来带动瓶子的转动,时间又长、转速高,且又平衡。
通过以上实验,再来解释打乒乓球时打出的各种弧线球,足球场上高明的运动员踢出的“香蕉球”的原因已是顺理成章,水到渠成的事了。
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