用希箩喷泉演示流速、压强和面积的关系，本文主要内容关键词为：压强论文,流速论文,喷泉论文,演示论文,面积论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
希箩喷泉的结构及改进
古代的物理学家希箩曾设计出一种有趣的喷泉装置，它的构造如图1所示，它是由三个容器组成的，a是一个没盖的碟子，a下面是两个密闭的球b与c，这三个容器用三根玻璃管如图1所示联系起来，碟子a中装有适量的水，球b中装满水，球c里装满了空气的时候，喷泉就开始工作。
这种古希箩喷泉，可以改成图2所示的一种简单装置，用带橡皮塞的两个玻璃瓶代替密封的玻璃球，用橡皮管代替玻璃管。改装后的希箩喷泉使用起来更加方便。使用时首先在b瓶内注满水，然后用三根橡皮管连接，且用夹子将其中一根夹住，再向a中注入适量的水，准备就绪后去掉夹子喷泉就开始了工作。若橡皮管子1、2、3足够长，则可以通过改变b、c两瓶的位置，来研究各容器的液面之间的高度对喷泉高度的影响。如果玻璃瓶b、c的容量相等，那么当b中的水全部喷完时，c瓶中正好注满了水，用夹子夹住橡皮管3，然后b、c两瓶位置对换就可以再次使用。
希箩喷泉的原理
这是一种利用气体传递压强的装置。如图2所示，由于c瓶中封闭了一定量一个大气压的空气，当管3中水流到B点时（即管3中液体下表面与b瓶液面在同一平面），c瓶中气体压强由一个大气压增加了h[，1]水柱压强，即：P[，c]=P[，0]+h[，1]（这里用水柱高h[，1]，代替水柱压强ρgh[，1]，下同）
该压强通过管2中的气体传到瓶b中液体，b瓶中水的上液面压强便也增加了h[，1]水柱压强，即：P[，b]=P[，c]=P[，0]+h[，1]
在该压强作用下，b瓶中的水柱管1正好上升至顶端处A处。橡皮管3中的水再往下流，c瓶中的压强P[，c]增大，橡皮管1中的水就开始从管1的上端A处喷出。随着橡皮管3中的水面下降，喷嘴A处喷出的水柱升高。
当橡皮管3中的水流到最下端C处时，c瓶中的压强：
P[，c]=P[，0]+h[，1]+P[，0]
这时b瓶上液面的气体压强等于c瓶中气的压强，而橡皮管1内因水位上升产生的压强仍为：P[，b]=P[，0]+h[，1]。前后两个压强在b瓶中橡皮管1内外产生的压强差为：P[，c]-P[，b]=h[，0]
h[，0]就是b、c两瓶的高度差，如图2所示，因此A处压强差就等于h[，0]高水柱压强，这一压强作用于液体使其从喷嘴A处喷出。
希箩喷泉在流体教学中的应用
希箩喷泉不但讨论了液压与液柱高度的关系，重要的是能够使学生直观地观察到：流速、压强、液体横截面面积三者之间的定性关系，在定量的理论分析以前使学生首先有了较为深刻的感性认识，为上升到理性认识打下了基础。
3.1 横截面与流速之间的关系
课堂演示时，还应准备三个横截面不同的玻璃管，当b、c两瓶相对位置不变时，调换A处大小不同的玻璃管做喷管，观察横截面与流速之间的关系，可以看到若喷嘴小喷泉高，喷嘴大喷泉低。喷泉高说明喷嘴处水的流速大（因为向上的喷泉的运动是一个上抛的运动）；喷泉低说明喷嘴处水的流速小。定性地使学生明白了流速随横截面积减少而增大，随横截面积增大而减少。这为定量的讨论稳流的流速与横截面积成反比提供实验证据。
3.2 压强与流速之间的关系
如果调整b、c瓶的相对位置，改变两瓶的高度差h[，0]的大小，即改变A处的压强差大小，可以使学生观察到喷泉的高低随h[，0]增大而加高，随h[，0]减少而降低。也就是A处压强随h[，0]增大而增大，随h[，0]减小而减少。这为进一步说明液压与液柱的高度成正比这一道理提供了又一实验证据。
若同时调整b、c两瓶的位置，而保持b、c间高度差h[，0]不变，我们可以发现喷泉的高度不变，使学生进一步理解了喷泉的高低与b、c两容器的高度无关，而仅由b、c两瓶的相对高度唯一确定的道理。
希箩喷泉用于流体的流速、压强、横截面积的教学中不但增加了教学的直观性，同时综合了气体、液体压强传递的规律，变单一抽象的理论灌输为直观的生动的理论探讨。使课堂语言变得言之有物，言之有据，启发并增强了学生学为所用的观念。
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