用真空泵做氣源改進(jìn)流速對壓強影響的實驗

張峰

[江蘇省邗江中學(xué)(集團(tuán))江蘇 揚州225009]

收稿日期：(2014-09-12)

XZ-0.5旋片式真空泵體積小、質(zhì)量小、噪音小、效果好，一個人就可以很容易移動，適合教室課堂上演示使用,一般與馬德堡半球、牛頓管配套.筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)把它作為氣源使用，也取得了意想不到的效果.因為在使用XZ-0.5旋片式真空泵教學(xué)的過程中，發(fā)現(xiàn)它出氣口小且流速較快，可以在出氣口用5 mm×7 mm乳膠管簡單方便地把氣體引出； 抽氣速度是0.5 L/s,所以出氣速度也是0.5 L/s.在初中物理實驗“探究流速對流體壓強的影響”的教學(xué)過程中，用真空泵作為氣源的幾個創(chuàng)新實驗現(xiàn)介紹如下.

1演示漏斗“吸”球

初中物理課本中的漏斗“吸”球?qū)嶒?，將漏斗倒置，乒乓球用平放的手托住緊貼漏斗放置在其正下方，從倒置的漏斗口向下吹氣，觀察乒乓球是否會下落.在該實驗中由于漏斗口處氣體流速不均勻，流速大小控制不好，很容易失敗，看到乒乓球不僅沒有被吸反而下落了.即使該實驗成功了，學(xué)生此時絕大部分注意力都在乒乓球上，很難觀察到漏斗口部微小的變化，從而直接主觀認(rèn)定是教師吸氣吸住了乒乓球，這樣教師就人為地設(shè)置了學(xué)生認(rèn)知過程的障礙，反而不利于知識的掌握.經(jīng)思考筆者將漏斗用礦泉水(飲料)瓶代替，截取10 cm左右?guī)w瓶體，瓶蓋上鉆一直徑6 mm左右的小孔(不要太大)，截斷處可以制成鋸齒形(放在平臺上也可以進(jìn)出氣).打開真空泵電源，用手捏著乳膠管管口控制氣流速度，對著瓶蓋孔吹氣，就可以看到乒乓球能逐漸升到瓶口；實驗中如果適當(dāng)控制氣流能看到乒乓球懸停在瓶的中部并輕輕振動.實驗過程中全班鴉雀無聲，學(xué)生一臉震驚.在該實驗中，學(xué)生首先知道真空泵的氣流方向是一定的，不可能自動改吹為吸，那么問題的原因在哪兒，是不是流動的空氣引起的？從而快速打開思路，為下面的“流速對流體壓強的影響”墊定良好基礎(chǔ).

2演示一種噴霧裝置原理

取20 cm左右膠管一端放在水里，另一端管口豎直離水面適當(dāng)距離，打開真空泵電源，用手捏著真空泵出氣口的乳膠管管口控制氣流速度對著另一膠管的上端開口處.用同樣的方法控制水平氣流速度，即可看到膠管內(nèi)的水上升直到管口處在力的作用下沿氣流方向噴出.實驗中還可以通過兩管口的配合調(diào)節(jié)噴霧方向，可以得到很壯觀的不同噴霧效果.根據(jù)無氣體流過時水面靜止不動，到有氣體快速流過時的水面迅速上升直至噴出，前后明顯的現(xiàn)象反差，讓學(xué)生不由自主地就會去思考甚至討論其中蘊藏的道理，分析現(xiàn)象前后變化的條件，輕易就可得出結(jié)論，從而不再出現(xiàn)教師長時間解釋，學(xué)生還聽不明白的現(xiàn)象.

3演示乒乓球空中懸停

一手捏著管口使管口向上出氣，另一手把乒乓球放在管口上方10 cm左右的地方，松開手就可看到乒乓球平穩(wěn)地懸停在半空中，調(diào)節(jié)氣流速度大小可以改變乒乓球離管口的距離，移動管口位置乒乓球也隨之移動.

實際上，以上這些實驗的原理以及控制流速的方法，還可以應(yīng)用于機翼升力、兩紙張合攏等流體的壓強與流速的實驗，在此不再贅述.總之這幾個實驗是在學(xué)生的驚呼聲中做完的，學(xué)生很驚奇且印象非常深刻，關(guān)鍵還是器材方便易得，制作也很簡單，大家不妨一試.