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有趣的喷泉



  在讲大气压强时,为了让学生比较直观形象的认识到大气压的存在和利用大气压的现象,我们总是喜欢做一些既能说明问题又能激发学生学习兴趣和学习积极性的小实验.以往我们做的各种喷泉实验就是一例,这里笔者给大家推荐一种能连续喷水的喷泉实验.

  1.仪器的装置 如图所示.

  (1)上端封闭的玻璃管:管子越长效果越好,最好选用牛顿管之类的玻璃管.(2)喷水管:选用长度约20cm左右的尖嘴玻璃管,其一端接有橡胶管.(3)出水管:上端用玻璃管,下端用有一定硬度的橡胶管.(4)储水槽:可与自来水嘴相连,用来提供持续的水源.(5)接水槽:盛接出水管流出的水,也可直接把出水口与下水道相通.(6)橡皮塞:用于封闭玻璃管口.

  2.安装与调试

  (1)将喷水管和出水管插入橡皮塞,然后用止水夹夹住进水口和出水口.(2)将玻璃管装适量的水后并盖紧橡皮塞.将整个装置倒置,然后固定在支架上.(3)将喷水管插入储水槽后,再同时打开止水夹,这时喷泉就可以工作了.(4)如玻璃喷管中水面高于喷嘴时将对喷水高度有影响,这时可调整出水口到进水口的高度差.如果水面较低时由于管外空气压强要比管内空气压强大,这时空气容易通过出水管进入玻璃喷管,使整个装置停止工作.

  3.工作原理

  当水沿出水管流出时,封闭的玻璃管中空气的体积增大,压强减小,使管外大气压强大于管中空气的压强,所以水能从喷嘴喷出.喷射的水柱高度由储水槽到接水槽水平面的高度差来决定.

  水柱喷射高度的计算方法如下:设空气压强为p0,玻璃喷管中的空气压强为p,接水槽到储水槽的高度差为H,储水槽液面到玻璃管中液面的高度差为s,喷射水柱高度为h.

  则储水槽液面的压强应满足

   p0=ρgs+ρgh+p

  接水槽液面的压强也应满足

   p0=ρgH+ρgs+p

  由以上两式可得H=h,即水柱高度等于出水口到进水口的高度差,由于水与管之间有阻力,因而实际上h<H.该实验不仅说明了大气压的存在,同时也是利用大气压的一个很有趣的实验.


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