学生对用水瓶做平抛实验的研究

张国栋　杨子钰　孙纪禹

(哈尔滨师范大学附属中学　黑龙江 哈尔滨　150080)



学生对用水瓶做平抛实验的研究

张国栋杨子钰孙纪禹

(哈尔滨师范大学附属中学黑龙江 哈尔滨150080)

摘 要：人教社《物理·必修2》教材第五章第3节“实验：研究平抛运动”中，介绍了用饮料瓶研究平抛运动的参考案例．课下两位学生讨论了插入进气管的指导原则．

关键词：平抛实验饮料瓶进气管

在人教社《物理·必修2》教材第五章第3节“实验：研究平抛运动”中，教材介绍了用饮料瓶研究平抛运动的参考案例，原文如下：

“如图1所示，倒置的饮料瓶内装着水，瓶塞内插着两根两端开口的细管，其中一根弯成水平，且水平端加接一段更细的硬管作为喷嘴．

水从喷嘴中射出,在空中形成弯曲的细水柱，它显示了平抛运动的轨迹．设法把它描在背后的纸上就能进行分析处理了．

插入瓶中的另一根细管的作用,是保持从喷嘴射出水流的速度,使其不随瓶内水面的下降而减小．这是因为该管上端与空气相通,A处水的压强始终等于大气压,不受瓶内水面高低的影响．因此,在水面降到A处以前的一段时间内,可以得到稳定的细水柱．”

图1　用饮料瓶研究平抛运动

关于最后一段话包含的原理，正在授课班学习的两位学生自发地进行了研究，而且分别写出了两份讨论报告，如图2所示．他们综合讨论了以下几个问题.

图2　两位学生实验报告

1只插入B管是否可行

如图3所示，设瓶(形变量很小)内气压p内,则B管口(距瓶塞距离几乎为零)压强为pB=p内+ρgh2．若pBp0，随着B管出水，h2减小,v气增大，p内减小，pB减小，v0减小，直到pB=p0时，停止出水也停止进气．综上，只插入B管不可行．

图3　瓶口只插入B管不可行

2A管插入液面以上是否可行

如图4所示，此时pB=p0+ρgh2，随着液体流出，h2减小,pB减小,v0减小．所以A管插入液面以上不可行．

图4　A管插入液面以上不可行

3教材的参考案例是否可行

若A管口在液面以下，在B管口以上，A管会进

气还是会出水，这对B管口压强有何影响？

如图5所示，当瓶内气压过大时，有可能使A，B管均先出水，此时pB=p内+ρgh2，h2减小,p内减小，pB减小，难以维持稳定压强，初速度不稳定．

图5　保持B管初速度大小不变的情况

当pA=p0=p内+ρgh1时，A管停止出水，此时由于h2>h1，pB=p内+ρgh2>p0，B管仍然出水．随着液面下降，h1减小,p内减小，A管口开始进气，补充瓶内气体，维持动态平衡．此时有

pB=pA+ρgH=p0+ρhH

保持pB不变，初速度大小不变．

4若A管口在B管口以下是否可行

问题3中相当于A是B的“保护管”，如果将二者位置对换，即B变成了“保护管”，负责进气，维持A管口压强不变，这就偏离了实验目的．

以上4个问题均是学生提出并且一一解答的，教师只是负责调整论证顺序．虽然高一的学生还不会处理非平衡态下的流体问题，但笔者觉得他们至少有3点值得肯定．一是有学习兴趣，喜欢研究物理问题；二是懂得合作学习，互相交流、借鉴；三是分析能力强，逻辑严密．

Students′ Research on Flat Parabolic

Experiment Using A Water Bottle

Zhang guodongYang ziyuSun jiyu

(Harbin Normal University affiliated middle school，Harbin，HeiLongJiang 150080)

Abstract:The experiment mainly takes Chapter 5 Section III of compulsory two textbook of People's Education Press: 《Experiment: Research on the horizontal movement 》. A reference case for the study of the use of a drink bottle is presented. The guiding principle of inserting the intake pipe is discussed by the two students in the class.

Key word:flat throw experiment；drink bottle；intake pipe

收稿日期：(2015-03-18)