張國棟　楊子鈺　孫紀禹

(哈爾濱師范大學附屬中學　黑龍江 哈爾濱　150080)

?

學生對用水瓶做平拋實驗的研究

張國棟楊子鈺孫紀禹

(哈爾濱師范大學附屬中學黑龍江 哈爾濱150080)

摘 要：人教社《物理·必修2》教材第五章第3節(jié)“實驗：研究平拋運動”中，介紹了用飲料瓶研究平拋運動的參考案例．課下兩位學生討論了插入進氣管的指導原則．

關鍵詞：平拋實驗飲料瓶進氣管

在人教社《物理·必修2》教材第五章第3節(jié)“實驗：研究平拋運動”中，教材介紹了用飲料瓶研究平拋運動的參考案例，原文如下：

“如圖1所示，倒置的飲料瓶內裝著水，瓶塞內插著兩根兩端開口的細管，其中一根彎成水平，且水平端加接一段更細的硬管作為噴嘴．

水從噴嘴中射出,在空中形成彎曲的細水柱，它顯示了平拋運動的軌跡．設法把它描在背后的紙上就能進行分析處理了．

插入瓶中的另一根細管的作用,是保持從噴嘴射出水流的速度,使其不隨瓶內水面的下降而減?。@是因為該管上端與空氣相通,A處水的壓強始終等于大氣壓,不受瓶內水面高低的影響．因此,在水面降到A處以前的一段時間內,可以得到穩(wěn)定的細水柱．”

圖1　用飲料瓶研究平拋運動

關于最后一段話包含的原理，正在授課班學習的兩位學生自發(fā)地進行了研究，而且分別寫出了兩份討論報告，如圖2所示．他們綜合討論了以下幾個問題.

圖2　兩位學生實驗報告

1只插入B管是否可行

如圖3所示，設瓶(形變量很小)內氣壓p內,則B管口(距瓶塞距離幾乎為零)壓強為pB=p內+ρgh2．若pBp0，隨著B管出水，h2減小,v氣增大，p內減小，pB減小，v0減小，直到pB=p0時，停止出水也停止進氣．綜上，只插入B管不可行．

圖3　瓶口只插入B管不可行

2A管插入液面以上是否可行

如圖4所示，此時pB=p0+ρgh2，隨著液體流出，h2減小,pB減小,v0減小．所以A管插入液面以上不可行．

圖4　A管插入液面以上不可行

3教材的參考案例是否可行

若A管口在液面以下，在B管口以上，A管會進

氣還是會出水，這對B管口壓強有何影響？

如圖5所示，當瓶內氣壓過大時，有可能使A，B管均先出水，此時pB=p內+ρgh2，h2減小,p內減小，pB減小，難以維持穩(wěn)定壓強，初速度不穩(wěn)定．

圖5　保持B管初速度大小不變的情況

當pA=p0=p內+ρgh1時，A管停止出水，此時由于h2>h1，pB=p內+ρgh2>p0，B管仍然出水．隨著液面下降，h1減小,p內減小，A管口開始進氣，補充瓶內氣體，維持動態(tài)平衡．此時有

pB=pA+ρgH=p0+ρhH

保持pB不變，初速度大小不變．

4若A管口在B管口以下是否可行

問題3中相當于A是B的“保護管”，如果將二者位置對換，即B變成了“保護管”，負責進氣，維持A管口壓強不變，這就偏離了實驗目的．

以上4個問題均是學生提出并且一一解答的，教師只是負責調整論證順序．雖然高一的學生還不會處理非平衡態(tài)下的流體問題，但筆者覺得他們至少有3點值得肯定．一是有學習興趣，喜歡研究物理問題；二是懂得合作學習，互相交流、借鑒；三是分析能力強，邏輯嚴密．

Students′ Research on Flat Parabolic

Experiment Using A Water Bottle

Zhang guodongYang ziyuSun jiyu

(Harbin Normal University affiliated middle school，Harbin，HeiLongJiang 150080)

Abstract:The experiment mainly takes Chapter 5 Section III of compulsory two textbook of People's Education Press: 《Experiment: Research on the horizontal movement 》. A reference case for the study of the use of a drink bottle is presented. The guiding principle of inserting the intake pipe is discussed by the two students in the class.

Key word:flat throw experiment；drink bottle；intake pipe

收稿日期：(2015-03-18)