一、問(wèn)題的提出

流體力學(xué)即流體的力現(xiàn)象，是初中物理學(xué)習(xí)中的一個(gè)重要內(nèi)容。如今，飛機(jī)已經(jīng)成為我們生活中重要的交通工具，而這個(gè)愿望的實(shí)現(xiàn)就與流體力學(xué)有著密切的聯(lián)系。

早在1738年，伯努利就發(fā)現(xiàn)流體壓強(qiáng)與流速有關(guān)，這不僅揭開(kāi)了鳥(niǎo)在天空中翱翔的奧秘，也成為了人類(lèi)打開(kāi)空中旅行大門(mén)的鑰匙。科學(xué)家通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流體在流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大，即伯努利原理。伯努利原理對(duì)液體和氣體都適用。

在教學(xué)實(shí)踐中，我們?cè)谔骄窟@一原理時(shí)，對(duì)于氣體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系可用紙條進(jìn)行驗(yàn)證，并能取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。但對(duì)于液體的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系，課本中沒(méi)有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)室里也沒(méi)有相應(yīng)的儀器來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了解決這一教學(xué)中的難題，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了“液體流速與壓強(qiáng)關(guān)系演示器”，可較好地進(jìn)行液體流速與壓強(qiáng)關(guān)系的探究。

二、實(shí)驗(yàn)裝置圖（如圖1）

圖1

三、制作材料

10 mL 注射器一支，5 mL 注射器一支，1 mL注射器一支，2號(hào)膠塞一個(gè)，3號(hào)膠塞兩個(gè)，4號(hào)膠塞一個(gè)，同型號(hào)7 號(hào)針頭兩支，空?qǐng)A珠筆芯一支，輸液管兩條，止水夾一個(gè)，小藥瓶一個(gè)，帶螺母小螺絲一個(gè)，乳膠管一段，有機(jī)玻璃板若干，熱熔膠棒一段，亞克力膠水一瓶，接線柱四個(gè)。

四、制作過(guò)程

1.制作支架：在有機(jī)玻璃板上截取260 mm×130 mm的一塊作為支架的豎板，截取260 mm×100 mm的一塊作為支架的底座，將豎板用亞克力膠水粘在底座一端距左邊10 mm 和距前邊60 mm 處，在豎板的后面兩邊用亞克力膠水各粘上一塊三角形有機(jī)玻璃，用于固定豎板，制成支架。

2.截取35 mm×25 mm的有機(jī)玻璃兩塊，在其一端距上邊5 mm處的中間位置分別打一略小于5 mL注射器筒直徑的孔，然后將兩塊有機(jī)玻璃用亞克力膠水粘在豎板的前面和底座上，兩塊有機(jī)玻璃之間的距離與5 mL注射器筒等長(zhǎng)。

3.在兩個(gè)3 號(hào)膠塞和4 號(hào)膠塞上各打一個(gè)小孔。

4.將5 mL 注射器筒和1 mL 注射器筒的底和上口凸出部分切去，并在5 mL 注射器筒中間側(cè)壁上用打孔器打一小孔，塞入2 號(hào)小膠塞（如圖2）；在1 mL注射器筒中間側(cè)壁上，用燒紅的鐵絲燙一個(gè)盡量大的孔，在孔外套上4 號(hào)膠塞將孔封閉，并在膠塞上標(biāo)出孔的位置（如圖3）。

圖2

圖3

5.從距輸液器滴液壺下端約三分之一處切斷，并在輸液管的下端插入一段長(zhǎng)20 mm 的空?qǐng)A珠筆芯（輸液管的長(zhǎng)度約200 mm），然后將輸液管帶筆芯端插在2 號(hào)針頭內(nèi)，并保證不漏氣。

圖4

6.把一支針頭插入5 mL 注射器上的2號(hào)小膠塞，并使針頭伸入到注射器筒內(nèi)，另一支針頭插入1 mL注射器上的4 號(hào)膠塞，使針頭從1 mL 注射器筒壁上燙的孔中伸入到注射器筒內(nèi)（如圖4）。

7.將5 mL 注射器筒放入支架上的兩塊有機(jī)玻璃中間，從兩塊有機(jī)玻璃上的孔中用力塞入打有孔的3 號(hào)膠塞，并在左邊膠塞的孔中插入一支10 mL 注射器，右邊膠塞的孔中插入一支1 mL注射器筒，并使注射器筒上的小孔向上。

8.在豎直的有機(jī)玻璃板的上端近邊緣處用熱熔膠棒把帶有三分之一滴液壺的輸液管垂直粘在有機(jī)玻璃板上。

9.在小藥瓶的底部中央和近瓶口的側(cè)壁上各打一個(gè)孔，在底座距右端30 mm 的中線上也打一個(gè)小孔。在小螺絲上套上橡膠墊，然后從瓶?jī)?nèi)穿過(guò)底部的孔和底座上的孔，把小藥瓶固定在底座的右端，作為儲(chǔ)液瓶。

10.在1 mL注射器的右端套一段乳膠管，在乳膠管上夾一個(gè)止水夾，然后把乳膠管的右端從瓶壁上的孔中伸入到儲(chǔ)液瓶底部。

11.在底座的四角各擰上一個(gè)接線柱作為支撐腳。

五、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)步驟：①向儲(chǔ)液瓶?jī)?nèi)倒入一定量的紅色液體（便于觀察）。

②打開(kāi)止水夾，拉動(dòng)左側(cè)注射器的活塞，使5 mL 和1 mL 注射器筒內(nèi)充滿(mǎn)液體。

③用止水夾夾住乳膠管，慢慢推動(dòng)左側(cè)注射器活塞，使液體進(jìn)入輸液管到達(dá)滴液壺內(nèi)，用另一支注射器吸取滴液壺內(nèi)的液體，使兩滴液壺內(nèi)的液體液面處于同一高度（如圖5）。

圖5

④打開(kāi)乳膠管上的止水夾，讓兩輸液管內(nèi)的液體自然下流，觀察兩輸液管內(nèi)紅色液體下降的速度及高度。

2.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①：兩輸液管內(nèi)紅色液柱下降的速度相同，下降時(shí)液柱保持相同的高度（如圖6）。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論①：這說(shuō)明粗注射器和細(xì)注射器內(nèi)液體的壓強(qiáng)相等。即在注射器筒內(nèi)的液體不流動(dòng)時(shí)，粗細(xì)注射器筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)相等。

4.繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：⑤重復(fù)上述步驟③的操作，重新使兩輸液管內(nèi)充滿(mǎn)液體，并使兩滴液壺內(nèi)的液體液面處于同一高度，然后打開(kāi)乳膠管上的止水夾，并快速反復(fù)推拉左側(cè)注射器活塞，觀察兩輸液管內(nèi)紅色液體下降的速度及高度，之后用止水夾夾住乳膠管（如圖7）。

圖6

圖7

5.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象②：可看到與粗注射器筒相通的輸液管中液柱下降的速度慢，與細(xì)注射器筒相通的輸液管中液柱下降的速度快，兩輸液管中的液柱出現(xiàn)非常顯著的高度差。

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論②：這說(shuō)明液體在粗細(xì)注射器筒內(nèi)流動(dòng)的過(guò)程中,筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)不同。即粗注射器筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)大，相連的輸液管中液柱下降的速度慢；細(xì)注射器筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)小，相連的輸液管中液柱下降的速度快。

液體的流速與壓強(qiáng)成反比，流速大的地方壓強(qiáng)小，流速小的地方壓強(qiáng)大。

7.實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)旱攘恳后w在相同時(shí)間內(nèi)流過(guò)粗細(xì)不同的注射器筒時(shí)，速度必然不同，即粗注射器筒內(nèi)液體流動(dòng)的速度較慢，細(xì)注射器筒內(nèi)液體流動(dòng)的速度較快。導(dǎo)致的結(jié)果是粗注射器筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)大，細(xì)注射器筒內(nèi)液體的壓強(qiáng)小。

六、儀器特點(diǎn)

1.注射器推拉越快，液體流速越快，現(xiàn)象越明顯。

2.形象直觀，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯。