自制水位动力船模型

■吴 敏

同学们在学习《相互作用》这一章节时，理解“物体间力的作用是相互的”是重点和难点，教材中安排了一些小实验，但是因为这些实验学生并不熟悉，所以学生感受不太深刻，如果学生能够亲自动手设计实验、组装实验装置来感知实验的原理，那么对力的相互性理解起来就会更加深刻。下面就通过介绍水位动力船的制作方法及使用实现水位动力船在水里“航行”，来达到突破本节重点和难点之目的。

一、水位动力船的制作

1.实验要求与器材。

利用瓶中的水位差将液体压出，从而推动小船前行，直观感知物体间力的作用是相互的。

需要的实验器材：热熔胶枪、熔胶棒、塑料吸管、空塑料瓶、橡皮筋、食用色素少许。

2.实验步骤。

(1)在无盖的空塑料瓶上钻一个小孔(孔的位置见图1)，插入吸管，取适当长度的吸管剪断，用热熔胶将孔隙处进行密封处理。

(2)将另外两个有盖的空塑料瓶并排，将两根橡皮筋套在瓶身上，相隔一定的距离，将开口的空塑料瓶放在中间，撑开两个有盖的空塑料瓶，让吸管露出在两根橡皮筋之间。

图1

(3)在泡沫盒中放入适量的水，将色素水倒入到中间开口的空塑料瓶中，从而推动小船前行。(如图1)

3.注意事项。

(1)使用熔胶枪焊接吸管时，要注意用电安全，熔胶枪头温度高，不要被烫伤。

(2)吸管与空矿泉水瓶的缝隙处要密封完好。

(3)吸管插入到接近瓶底部的位置，距离底部3cm 最优。

(4)两根橡皮筋捆绑两个空矿泉水瓶的位置高度要一致，以增加水位动力船的稳定性。

二、实验讨论

问题1：为什么将吸管插入到空塑料瓶接近底部的位置?

答：让液面与吸管口之间有一个水位差，从而形成压力差，使水会从吸管中以较快的速度流出。

问题2：将染有色素的水倒入中间开口的空塑料瓶中，这一操作有何好处?

答：可以明显观察出水位动力船通过吸管向外排水，还能辨认出水位动力船前行的轨迹。

问题3：生活中有没有与水位动力船原理类似的应用?

答：火箭升空是通过向下排放气体，从而实现让火箭向上升空的；喷气式飞机是通过让空气加热膨胀后从尾部喷出，从而使得飞机获得向前的动力；灌溉喷水器在工作时，当水在一定压力下从弯管的喷嘴中喷出时，弯管会后退，从而发生旋转，实现自动改变喷水的方向。

三、小结与反思

学生通过自己动手制作实验装置，使瓶内水的液面和吸管口之间形成高度差，从而使水从吸管中以较快的速度流出，感受水位动力船运动的过程。在实验中，还可以提出问题：若吸管插入空矿泉水瓶的位置再高些，实验能成功吗?水位动力船向前“航行”的动能是由什么能量转化来的?

总之，通过自制的水位动力船模型，可以帮助学生加深对物体间力的作用是相互的认识；利用制作的水位动力船模型来说明生活中的火箭升空、喷气式飞机、灌溉喷水器的原理，可以促进学生对物理间力的作用是相互的认识，培养学生的模型建构、类比和转换的物理研究能力。