研究背景
　　希罗喷泉是古代欧洲科学家希罗发明的。它的结构巧妙，趣味十足。希罗喷泉的工作原理是在密封的容器里，利用水流位置落差下行到容器底部，水体对底部容器内的空气进行挤压形成压缩空气，压缩空气再将储水器里的水体挤压喷向高处形成喷泉，这种“自压自喷”喷泉现象给人一种神秘悦目的感觉。
　　平常我们能见到或动手仿制成的多数是单体希罗喷泉，尤其是以塑料瓶做成的柱状希罗喷泉居多（如图1所示）。
　　可是，你们发现了没有？单体希罗喷泉工作结束后，需要将模型进行翻转，利用大气压和水体自身重力实现水体高低位置换，这样需要一定时间才能启动下一轮的喷水，这会让心急的小伙伴们等得不耐烦，希罗喷泉的趣味性因此而大打折扣。
　　不但如此，该类希罗喷泉的内部气压稳定性较差，刚开始喷水时，水柱扬程高度还是很高的，可没过多久，水柱高度就慢慢地变矮变短了。是什么原因造成这样的现象呢？
　　原来喷泉水柱的扬程高度跟其内部气压强度有关。刚开始流水注入时水位落差最大，水压最大，此时气压最大，水柱也最高；待到底部容器水位上升，其水位落差就缩短，水压就会减弱，容器内的气压也跟着减弱，从而影响到水柱喷射高度（如图2所示）。
　　为了解决换水不便和气压强度不稳等问题，有人改造出了分体式希罗喷泉（见图3）。
　　然而，目前可以在网上查找到的分体式希罗喷泉仍然存在着不尽人意的地方：首先是为了调节水位高度落差而需做成管道外置，这就使得分体式希罗喷泉结构过于松散；其次是需要辅助支架，造成了体积庞大，携带与操作均不便等问题。
　　我认为，一款轻盈、简洁，且能克服换水不便、保持喷射稳定的希罗喷泉模型更能吸引人们的兴趣。
　　为了达到上述目标，有针对性地对单体希罗喷泉进行结构分析应该是改造努力方向。
　　改造的方法及过程
　　先从单体希罗喷泉构成人手，在原有基础上增加一组联体喷泉，合并成一款双体反向连接的希罗喷泉。双体希罗喷泉由两组个体相同但方向相反的结构组成，这样的目的是使其中的一组A在做喷水动作的同时，另一组B会同时做换水动作；待A组喷水结束，我们只要将双体希罗喷泉模型“翻个跟头”，B组就立即处于工作状态，此时只要往接水瓶中添加少许水，喷泉就会再次启动，我们就又能看到美丽的喷泉了！而这时，刚完成喷水工作的A组正处于换水状态，等待着下一轮的喷水，缩短了转换时间。
　　在不改变喷泉现有高度的情况下，将水容器的形状由“柱状”改成“扁状”，这样的目的是使上方的流水行至底部时，水位落差幅度变化不大，有助于保持高水压，高水压能维持对密封空气压缩，使其产生的高气压持续将储水喷向高处。双体希罗喷泉的结构见图4。
　　为了证实改成扁状后的喷泉能保持稳定的高压，在教师的协助下，我对单体和双体喷泉实行两组实时全程录像。从启动到结束，我们从回放录像中用随机截图方式采集了各个时间节点与喷泉高度等要素进行比对分析，形成了实验数据，相关参数通过Excel辅助分析形成曲线图表。
　　测试结果描述与分析
　　单体柱状希罗喷泉在启动之时的有效水位落差高度最大，形成的气压最足，在短时间内能迅速形成内部高气压，喷泉扬程达到了最高位；然而随着运行时间延长，底部容器水位上升，水位有效落差缩小，气压变弱，喷泉扬程状态渐渐出现萎缩，直至消失。
　　改造后的双体喷泉自启动之时起，喷泉扬程能迅速达到高位状态，受容器扁平形状影响，水位有效落差幅度变化较小，密封容器内的气压变化也小，反映喷泉扬程高度的曲线始终维持着稳定平缓的状态，说明其内部容器保持着稳定的高气压，并能够维持到喷泉结束的那一刻。
　　改进后的双体希罗喷泉结构紧凑、轻巧，通体透明直观，便于演示，便于携带，达到了原设想的改造要求。它美丽而稳定的喷水现象引人入胜，自动切换功能更是增加了它的神秘魅力。
　　该项目获得第30届全国青少年科技创新大赛创新成果竞赛项目小学组技术与设计一等奖。
　　专家评语
　　选题来自儿童生活，有较正规的查新报告，作者对平常见到并动手仿制的“单体希罗喷泉趣味玩具”进行了一种新的设计，制作了新型的双体喷泉装置。技术设计方案较具体，原理清楚，效果良好，表现出一定的创新性，申请资料齐备。建议进一步验证双体喷泉的效果。