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      探尋水的秘密
      ——水流動性實驗的設(shè)計

      2021-03-10 07:11:06浙江省溫州市洞頭區(qū)第二中學(xué)
      發(fā)明與創(chuàng)新 2021年6期
      關(guān)鍵詞:塑料盆漩渦水流

      ■浙江省溫州市洞頭區(qū)第二中學(xué) 陳 展

      對于初中生而言,探究性實驗?zāi)芴岣咚麄兊挠^察能力與思考問題的能力,但值得注意的是,實驗材料、設(shè)計的問題等應(yīng)貼近學(xué)生生活。我以水為載體,通過生活中的例子,讓學(xué)生研究水流漩渦流動的方向、水流動的黏性等問題,以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神與實事求是的科學(xué)態(tài)度。

      一、衛(wèi)生間里水流漩渦的秘密

      在衛(wèi)生間里洗完臉后,放掉洗臉池中的水,當水快放完時,水流會產(chǎn)生一個漩渦,而且總是朝一定的方向流動,浴缸、馬桶中的水也一樣。針對這些現(xiàn)象,教師可向?qū)W生設(shè)計幾個問題。

      1.洗臉池中的水快放完時,漩渦的水流方向是順時針還是逆時針?請你多做幾次實驗,并完成表1,在對應(yīng)表格中打鉤。

      表1

      2.你認為水流的方向受哪些因素影響?請設(shè)計方案并加以驗證。教師可事先給出幾個方案,再讓學(xué)生自己設(shè)計幾個方案,并加以驗證。

      方案一:驗證外界動力對水流方向的影響。如在洗臉池中,用手指攪動水,讓水流按順時針或逆時針轉(zhuǎn)動,觀察最終水流方向有沒有變。如果有變,結(jié)果是否都為同一個方向。將觀察結(jié)果填入表2,得出一般性的結(jié)論。

      表2

      方案二:探究水流方向是否與洗臉池的結(jié)構(gòu)有關(guān)。先對一個塑料盆進行改造,在盆底開一個洞,在洞口處接一根下水管,并且把水管帶螺紋的部分剪掉,只留其光滑的一段。然后塞上塞子,將盆內(nèi)裝滿水。靜置一段時間后,拔掉塞子,觀察有沒有漩渦產(chǎn)生及漩渦的方向。

      還可做對比實驗,如放入不同螺紋的水管或改變盆底洞口的大小,要求學(xué)生控制好相關(guān)變量,進一步實驗。學(xué)生會從中發(fā)現(xiàn),洞口開到一定大小時,水流就不會產(chǎn)生漩渦,且水管上螺紋的不同也會對水流方向產(chǎn)生一定影響。

      圖1 探究水流方向是否與洗臉池的結(jié)構(gòu)有關(guān)

      在此基礎(chǔ)上,教師引導(dǎo)學(xué)生思考是否還有別的因素影響水流的方向,并向?qū)W生介紹“科氏力”,即地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性力。一般物體受這個力的作用很小,基本感覺不到,但地球上運動的物體特別是流體,受科氏力的影響就非常大。在南、北半球上,這個力影響的方向是不一樣的,從而造成漩渦水流方向不一樣。

      圖2 南、北半球上的科氏力的影響方向不一樣

      二、水與容器的黏合性

      將塑料盆中的水倒出時,會發(fā)現(xiàn)塑料盆內(nèi)的水很難倒干凈,總會有一些水附在盆壁,這是為什么?

      這里涉及水的黏性問題,教師可通過設(shè)計實驗要求學(xué)生探究水的黏度與哪些因素有關(guān)。如分別將500 克水倒入不同的容器(塑料盆、鐵盆),從倒出水時開始計時,到基本沒有水流下來(上一滴水滴下來后5 秒內(nèi)沒有水滴下來)停止計時,水倒完的時間越長,說明水與相應(yīng)容器的黏合性越強。實驗數(shù)據(jù)記錄如表3。

      表3

      接著,教師進一步引導(dǎo)學(xué)生探討:容器的不同角度、不同水質(zhì)對倒完水的時間是否有影響?為什么?加入潤滑劑,是否會讓水流得快一些?也可讓學(xué)生思考,人體內(nèi)的血液也具有黏合性,由此可以得到哪些啟發(fā)?

      三、總結(jié)

      對于初中生來說,以上實驗具有探索性質(zhì),深入下去都是非常高深的問題,涉及流體力學(xué)、萬有引力等。設(shè)計這些實驗的主要目的不是讓學(xué)生立馬得出正確的答案,而是激發(fā)他們科學(xué)探究的精神與通過實驗得出結(jié)果的實事求是的科學(xué)態(tài)度。多開展一些這樣的課外探究性實驗,對學(xué)生科學(xué)能力的培養(yǎng)很有意義。

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