液体流速与压强关系演示器

一、问题的提出

流体力学即流体的力现象，是初中物理学习中的一个重要内容。如今，飞机已经成为我们生活中重要的交通工具，而这个愿望的实现就与流体力学有着密切的联系。

早在1738年，伯努利就发现流体压强与流速有关，这不仅揭开了鸟在天空中翱翔的奥秘，也成为了人类打开空中旅行大门的钥匙。科学家通过大量实验发现，流体在流速大的地方压强小，流速小的地方压强大，即伯努利原理。伯努利原理对液体和气体都适用。

在教学实践中，我们在探究这一原理时，对于气体的流速与压强的关系可用纸条进行验证，并能取得良好的实验效果。但对于液体的流速与压强的关系，课本中没有相应的实验来验证，实验室里也没有相应的仪器来进行实验。为了解决这一教学中的难题，我们设计制作了“液体流速与压强关系演示器”，可较好地进行液体流速与压强关系的探究。

二、实验装置图（如图1）

图1

三、制作材料

10 mL 注射器一支，5 mL 注射器一支，1 mL注射器一支，2号胶塞一个，3号胶塞两个，4号胶塞一个，同型号7 号针头两支，空圆珠笔芯一支，输液管两条，止水夹一个，小药瓶一个，带螺母小螺丝一个，乳胶管一段，有机玻璃板若干，热熔胶棒一段，亚克力胶水一瓶，接线柱四个。

四、制作过程

1.制作支架：在有机玻璃板上截取260 mm×130 mm的一块作为支架的竖板，截取260 mm×100 mm的一块作为支架的底座，将竖板用亚克力胶水粘在底座一端距左边10 mm 和距前边60 mm 处，在竖板的后面两边用亚克力胶水各粘上一块三角形有机玻璃，用于固定竖板，制成支架。

2.截取35 mm×25 mm的有机玻璃两块，在其一端距上边5 mm处的中间位置分别打一略小于5 mL注射器筒直径的孔，然后将两块有机玻璃用亚克力胶水粘在竖板的前面和底座上，两块有机玻璃之间的距离与5 mL注射器筒等长。

3.在两个3 号胶塞和4 号胶塞上各打一个小孔。

4.将5 mL 注射器筒和1 mL 注射器筒的底和上口凸出部分切去，并在5 mL 注射器筒中间侧壁上用打孔器打一小孔，塞入2 号小胶塞（如图2）；在1 mL注射器筒中间侧壁上，用烧红的铁丝烫一个尽量大的孔，在孔外套上4 号胶塞将孔封闭，并在胶塞上标出孔的位置（如图3）。

图2

图3

5.从距输液器滴液壶下端约三分之一处切断，并在输液管的下端插入一段长20 mm 的空圆珠笔芯（输液管的长度约200 mm），然后将输液管带笔芯端插在2 号针头内，并保证不漏气。

图4

6.把一支针头插入5 mL 注射器上的2号小胶塞，并使针头伸入到注射器筒内，另一支针头插入1 mL注射器上的4 号胶塞，使针头从1 mL 注射器筒壁上烫的孔中伸入到注射器筒内（如图4）。

7.将5 mL 注射器筒放入支架上的两块有机玻璃中间，从两块有机玻璃上的孔中用力塞入打有孔的3 号胶塞，并在左边胶塞的孔中插入一支10 mL 注射器，右边胶塞的孔中插入一支1 mL注射器筒，并使注射器筒上的小孔向上。

8.在竖直的有机玻璃板的上端近边缘处用热熔胶棒把带有三分之一滴液壶的输液管垂直粘在有机玻璃板上。

9.在小药瓶的底部中央和近瓶口的侧壁上各打一个孔，在底座距右端30 mm 的中线上也打一个小孔。在小螺丝上套上橡胶垫，然后从瓶内穿过底部的孔和底座上的孔，把小药瓶固定在底座的右端，作为储液瓶。

10.在1 mL注射器的右端套一段乳胶管，在乳胶管上夹一个止水夹，然后把乳胶管的右端从瓶壁上的孔中伸入到储液瓶底部。

11.在底座的四角各拧上一个接线柱作为支撑脚。

五、进行实验

1.实验步骤：①向储液瓶内倒入一定量的红色液体（便于观察）。

②打开止水夹，拉动左侧注射器的活塞，使5 mL 和1 mL 注射器筒内充满液体。

③用止水夹夹住乳胶管，慢慢推动左侧注射器活塞，使液体进入输液管到达滴液壶内，用另一支注射器吸取滴液壶内的液体，使两滴液壶内的液体液面处于同一高度（如图5）。

图5

④打开乳胶管上的止水夹，让两输液管内的液体自然下流，观察两输液管内红色液体下降的速度及高度。

2.实验现象①：两输液管内红色液柱下降的速度相同，下降时液柱保持相同的高度（如图6）。

3.实验结论①：这说明粗注射器和细注射器内液体的压强相等。即在注射器筒内的液体不流动时，粗细注射器筒内液体的压强相等。

4.继续实验：⑤重复上述步骤③的操作，重新使两输液管内充满液体，并使两滴液壶内的液体液面处于同一高度，然后打开乳胶管上的止水夹，并快速反复推拉左侧注射器活塞，观察两输液管内红色液体下降的速度及高度，之后用止水夹夹住乳胶管（如图7）。

图6

图7

5.实验现象②：可看到与粗注射器筒相通的输液管中液柱下降的速度慢，与细注射器筒相通的输液管中液柱下降的速度快，两输液管中的液柱出现非常显著的高度差。

6.实验结论②：这说明液体在粗细注射器筒内流动的过程中,筒内液体的压强不同。即粗注射器筒内液体的压强大，相连的输液管中液柱下降的速度慢；细注射器筒内液体的压强小，相连的输液管中液柱下降的速度快。

液体的流速与压强成反比，流速大的地方压强小，流速小的地方压强大。

7.实验解释：等量液体在相同时间内流过粗细不同的注射器筒时，速度必然不同，即粗注射器筒内液体流动的速度较慢，细注射器筒内液体流动的速度较快。导致的结果是粗注射器筒内液体的压强大，细注射器筒内液体的压强小。

六、仪器特点

1.注射器推拉越快，液体流速越快，现象越明显。

2.形象直观，操作简单，现象明显。