女儿8年级,暑假后升入9年级,就读淮安外国语学校,是新课程培养的首届学员。每次同女儿交谈,提的问题总给人一些稀奇古怪的感觉,叫我这个当物理教研员的爸爸常下不了台。暑假难得清闲,休息过后,到“苏科物理”网随处看看,发现南京05年中考题颇具特色,试题:“日常生活中,我们看到小朋友用吸管水平吹出的肥皂泡,常常开始时上升,随后便下降,这是为什么?”读后特别亲切。略作沉思,感到试题既贴近学生生活,符合新课程的理念,又很有份量。下载、存盘。研究一番后,决定与女儿交流讨论。
早饭后,把试题呈现给女儿,女儿看了好长时间说:“爸,吸管水平吹出的肥皂泡,开始时是不会上升的,一开始就向下落。”
“这是物理中考试题,怎么能错呢?”
“我昨天帮妈妈洗衣服,玩了好长时间肥皂泡。不信?你可以试做一下”
做一下也无仿,我抱着必赢的心态答应了女儿的要求。碗、肥皂粉、吸管准备齐全。女儿往碗里倒入粉皂粉。“多倒一点” 我担心肥皂粉少,发泡效果不好。
“先少倒一点,然后慢慢加。”
肥皂水调制成功,用吸管一试,所吹出的泡泡大多数都摇摇晃晃落向地面,偶尔出现一个泡泡在水平位置飘呀飘,一会儿仍落向地面。
“什么原因?按照想象,肥皂泡应该出现试题中所描述的情况。”我心里一边嘀咕,一边失望地瞅着落向地面的肥皂泡。观察发现:肥皂泡的下面都粘黏着小液滴。这时女儿也发现了这一问题“爸,直接落向地面的肥皂泡下面都附着小液滴,在空气中飘的肥皂泡下面都没有小液滴。”
我想出现这种情况可能是吸管管径或肥皂水的浓度不对。将想法告诉女儿后,两人到超市购买了多种内径的吸管和一瓶洗洁精。
回来后,父女俩调制了多种浓度的肥皂水,换用了所有的吸管,情况依然如故。更可气的是,女儿在阳台上吹出了一个大泡泡,泡泡扶摇直上,升到很高的空中,爆裂了。
实验到此,女儿很是高兴。我问“你说泡泡不上升,直接落向地面是什么原因?”
“空气中的泡泡受到重力和浮力,重力大于浮力,所以泡泡落向地面。”
“如果试题中描述的情景是正确的,泡泡为什么会上升?”
“浮力大于重力”
“泡泡为什么会先上升,而后下降”
女儿一时语塞。
“空气中的泡泡从上升到下降,受到的重力有无变化?”
“受到的重力没有变化,是浮力发生了变化。上升时,浮力大于重力,下降时重力大于浮力”
“浮力变化的原因是什么?空气的密度还是肥皂泡的体积?”
“空气的密度不能说变,应该是肥皂泡的体积发生了变化,肥皂泡体积变化,应该是温度变化引起的,刚吹出来的泡泡,里面的气体温度高,一段时间后,温度降低,体积缩小”
女儿一口气将我的好多想法都说了。最后说:“这些都是建立在你假设的基础上”
“根据以上的分析,我们实验不成功的原因是什么?”
女儿摇头,我说:“现在是夏天…… ”
“我知道啦,这个实验如果放在冬天做,或许能成功,因为那时口腔的温度与外界的温差大”
等到冬天来临时,我们再做这个实验吧。
事后我记录下了与女儿做实验的大概情况。并且将对此题的思考整理如下,以示同行。
思维过程:
(1)肥皂泡由上升到下降,运动状态发生了变化,运动状态的变化是因力作用的缘故。
(2)空气中的肥皂泡受到的力有重力、浮力。肥皂泡一旦形成,其所受到的重力在肥皂泡破灭前是相对稳定的。肥皂泡上升说明浮力大于重力,肥皂泡下降说明重力大于浮力。肥皂泡在空气中运动过程中受到的浮力发生了由大到小的变化过程。
(3)根据学过的浮力知识可知,引起肥皂泡浮力变化的因素有空气的密度和肥皂泡的体积。空气的密度在吹肥皂泡期间可以认为是不变的,则有肥皂泡体积的变化。
(4)肥皂泡体积变化吗?引起体积变化的因素有压强和温度,压强因素的影响理由不充分,温度有可能。
(5)浮力变小说明体积变小,体积变小则因温度降低。结合题意:水平吹出的肥皂泡,常常开始上升,口腔的温度较高,肥皂泡的体积较大,肥皂泡在空气中运动一段时间后,与空气发生热交换,温度降低,体积变小,受到的浮力减小,肥皂泡由上升变为下降。
反思:试题描述的现象在冬季和春、秋季实验较易成功,夏季因口腔温度与环境温度的温度差较小,可能不很明显。
考点:(1)一定质量的气体,体积与温度的变化关系;(2)受二力作用物体运动状态的变化;(3)影响浮力大小的因素。
答案:小朋友口腔温度高于环境温度,用吸管水平吹出的肥皂泡体积较大,受到的空气浮力大于重力,做上升运动,一段时间后,肥皂泡与空气发生热交换,温度降低,体积变小,受到的浮力减小,重力大于浮力时,肥皂泡下降。
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