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一般情况下,水在重力作用下会从高处流向低处,然而,当受其他外力如大气压强的影响时,也可以让水从压强高的低处流向压强低的高处,形成“喷泉”。为验证这个原理,我设计了自主喷泉演示实验。
实验设计如图1,首先在锥形瓶中放入部分水,水量占倒置后锥形瓶深度的一半为好。接着在锥形瓶的双孔胶塞中按图示插入两根玻璃管,其中排水管刚刚露出胶塞即可,喷水管应露出倒置后的水面。最后在铁架台上放好烧杯、水槽,烧杯中加满水,排水管的出水口应低于烧杯中的水面高度。
由于锥形瓶中的水在重力作用下从排水管中流出,使瓶内气压减小,由此形成内外压强差,烧杯中的水在大气压强的作用下被压进锥形瓶中,形成喷泉。
在该实验中,我还引导学生进行了影响喷泉大小因素的测试。在分别对锥形瓶中水量、喷水管的粗细、排水管的粗细进行了调整后,发现这些因素都不能影响喷泉水柱的高低,而当改变出水管的长度时,喷水管中的水柱高低有明显变化。
因此可以得出结论:影响喷泉大小的因素只有一个,就是出水口与烧杯中水的液面的高度差,即锥形瓶内外的压强差。高度差越大,喷出的水柱越高,高度差越小,喷出的水柱越低。当出水口高于烧杯中水的液面或与烧杯中的水处于同一液面时,喷水口中没有喷泉喷出。
为了进一步改进实验装置,让喷泉看得更清楚,还可以在烧杯中滴入高锰酸钾(如图2)。
实验设计如图1,首先在锥形瓶中放入部分水,水量占倒置后锥形瓶深度的一半为好。接着在锥形瓶的双孔胶塞中按图示插入两根玻璃管,其中排水管刚刚露出胶塞即可,喷水管应露出倒置后的水面。最后在铁架台上放好烧杯、水槽,烧杯中加满水,排水管的出水口应低于烧杯中的水面高度。
由于锥形瓶中的水在重力作用下从排水管中流出,使瓶内气压减小,由此形成内外压强差,烧杯中的水在大气压强的作用下被压进锥形瓶中,形成喷泉。
在该实验中,我还引导学生进行了影响喷泉大小因素的测试。在分别对锥形瓶中水量、喷水管的粗细、排水管的粗细进行了调整后,发现这些因素都不能影响喷泉水柱的高低,而当改变出水管的长度时,喷水管中的水柱高低有明显变化。
因此可以得出结论:影响喷泉大小的因素只有一个,就是出水口与烧杯中水的液面的高度差,即锥形瓶内外的压强差。高度差越大,喷出的水柱越高,高度差越小,喷出的水柱越低。当出水口高于烧杯中水的液面或与烧杯中的水处于同一液面时,喷水口中没有喷泉喷出。
为了进一步改进实验装置,让喷泉看得更清楚,还可以在烧杯中滴入高锰酸钾(如图2)。