液体压强与流速关系实验演示仪

黄 军，钟劲翔

(西华师范大学 物理与空间科学学院,四川 南充 637000)

“液体压强与流速关系”既是大气压强、液体压强等力学知识的拓展与延伸，同时又是流体力学的知识基础[1]，该章节的教学旨在教会学生知识的同时更要教会学生运用所学知识解释实验和生活中的相关现象. 从教学过程上讲，该知识点要通过一定的实验最终让学生自我总结得出结论，因此实验便成了教学的关键环节，实验器材的选择也显得尤为重要.对于喜欢动手动脑但又缺乏理性思维的初中生而言，能否找到结构简单、原理清晰、操作便捷的实验仪器直接决定着教学效果的好坏. 因此，笔者设计了液体压强与流速关系的实验装置.

1 现有实验仪器的不足

目前，在探究液体压强与流速的关系的教学中，大多利用传统教具两端开口的连通器式演示仪来完成探究演示. 这种方式虽然可以达到教学目的，但实验过程中水的流速不同只能通过水平管的横截面积的大小来推理判断，需要学生具有一定的生活实践经验或较强的分析判断能力，而该物理现象在生活中的直观呈现也不多见，因此，在教学活动中学生不易将液体的压强与流速有效联系起来，甚至存在种种疑惑，导致实际实验探究效率不高.

北师大版教材所提供是实验装置[2]，虽有较明显的实验现象，但学生在知识点的理解上往往存在较大的困难，且所示仪器成本较高，不易普及. 当然，也有许多类型的自制教具. 文献[3]所述仪器存在着实验过程短，不可控因素太多等缺点. 文献[4]所述船吸实验也存在着纸船吸水、不稳定、喷水角度需要调整等不足.

2 仪器结构

液体压强与流速的关系演示仪如图1所示，其特征是过渡管的一端与高速管相连接，过渡管的另一端与低速管相连接，高速管连接集液池，低速管连接输液池，高速管的管壁上设置有低压显示管，低压显示管的一侧设置有测压器和测速器，低速管的管壁上设置有高压显示管，高压显示管的一侧设置有测压器和测速器，循环泵通过连接管分别与输液池和集液池相连接，输液池和集液池的内部装有液体.

图1 仪器结构图

3 特色与创新

针对现有装置的不足，本文所述仪器具有以下创新：

1)高速管和低速管上部分别设有显示管，可以通过显示管内液面的高低直观地呈现水平管内各部分液体压强的大小.

2)输液池和集液池中间位置设有循环泵，可以通过调节循环泵的供电电压来控制工作功率，可便捷地控制水流速度，以实现纵向对比，即不同的水流速度具有相同的规律；同时也可保证循环泵在同一供电电压状态下工作，更换不同的液体进行实验，这样便能实现横向的对比，即同一速度但规律仍旧适用.

3)显示管上设有相应的刻度，在高速管和低速管上又分别安装了测压器和测速器，通过读取数据，将数据绘制成图表，更加直观地加以展现各量之间的关系.

4)设置过渡管，以往的仪器在高速管和低速管的连接上多半是直接相连，这样容易导致当液体流过低速管和高速管的连接处时会撞击到连接面上，致使液体回流，导致实验结果误差较大.

4 结束语

随着物理教学改革的不断深入，越来越注重培养学生动手实践的能力，改变以往的灌输式教育，由学生通过对实验规律的总结并最终习得知识已逐渐成为主流教学模式，实验教具的开发伴随着课改稳步推进，每一次的改进都是一次学习的积累，本文所述探究液体压强与流速关系的实验装置在基于以往研究的基础上又做了改进，寄希望能够对实际教学有所帮助.