分享

虹吸实验

 退休工程师 2011-02-06
虹吸实验

   

    将一软管灌满水后,使其两端A和B分别同时浸入水面高度不同的a、b两容器的水中。在开始时刻,取弯管最高处的竖直液片C为研究对象。液片C受到向右的压强p1=p0-ρgh1,受到向左的压强p2=p0-ρgh2,p0表示大气压强。由于h1<h2,因此p1>p2,液片C所受的向右的压力大于向左的压力,液体就在压力差的作用下流向水面较低的b容器,直到两容器内的水面相平为止,这种现象叫做虹吸。工具与材料
酒精灯,抽气筒,秒表,钻头,直尺,剪刀。
玻璃杯,盐水瓶,量杯,马口铁罐头,橡皮塞,塑料软管,玻璃管,橡皮管,螺旋夹,红色水,棉纱鞋带,烧杯,水槽。
活动过程
(一)注水法及抽气法产生虹吸
1、将盛满红色水的杯子a置于高处,盛少量清水的杯子b置于低处。在一塑料软管中注满水,堵住两口将其弯成U形(这根管子形似彩虹,通常称为虹吸管),把它的两端A、B分别伸入杯子a、b的水中,放开虹吸管的A、B两口,注意观察。
发现a杯中的红色水经拱起的弯管,先向上再向下流到处于低处的b杯中。
2、将虹吸管的B端稍稍提离水面,水仍不断地从B管口处流出。
3、缓缓提高虹吸管B端的高度,观察水从B端流出的情况。
发现随B端高度的增加,水流逐渐减缓。当B端与a杯中的水面等高时,水就不从B端流出而是静止在管中;当B端高于a杯中的水面时,虹吸管中的水便倒流回a杯中。
4、将虹吸管的A端浸在杯子a的红色水中,B端置于比a杯内水面低的位置处,用抽气筒从虹吸管的B端抽气,观察现象。
发现当虹吸管内的空气压强减小到一定程度后,a杯中的水在大气压作用下,从虹吸管中涌出,并维持下去。
(二)毛细管产生虹吸
1、截取一段棉纱鞋带的中段,将其两端剪齐后浸在盛有清水的玻璃杯中。鞋带的两端留在杯外,自由下垂,使A端与杯内水面相平(或稍高),B端比杯内水面略低1~2厘米,注意观察。
发现由于鞋带中的棉纤维形成许多毛细管,杯中的水会沿鞋带上升,使未浸入水中的鞋带也逐渐湿润,且B端每隔1~2分钟会形成一个水滴滴下,而A端却没有这种现象。
2、逐渐增加鞋带B端与杯内水面的高度差△h,观察B端在单位时间内滴下的水滴数n与高度差△h的关系,并记录有关数据。
发现B端滴水速度随高度差△h的增大而加快。
3、以高度差△h为横坐标,B端单位时间内滴下的水滴数n为纵坐标,在直角坐标系中画出两者关系的实验图线。
(三)加热法产生虹吸
1、把玻璃管插在盛有红色水的烧杯中,玻璃管一端套接一根橡皮管。2、旋紧A端的螺旋夹,将橡皮管浸入沸水中加热(注意不能让沸水进入橡皮管),几分钟后取出。
3、随即旋紧B端的螺旋夹,同时松开A端的螺旋夹,注意观察。
发现红色水沿玻璃管上升,流进橡皮管中。松开B端螺旋夹后,红色水便从橡皮管B端源源流出。
上述现象表明,用加热的方法可使橡皮管中的空气排出一部分,使管内压强小于外界压强,从而产生虹吸现象。
(四)间歇虹吸装置
1、在马口铁罐头侧壁下端近底处,开一个直径约20毫米的小孔C。用酒精灯把一细玻璃管弯成倒U字形,将其一端插入像皮塞后,紧紧地装入罐头底部的小孔C中。
2、向罐头内缓缓注入清水,观察现象。
发现罐头内水面到达A处前,小孔C处无水流出。这时再往罐头内注入少量水,当水浸过管顶B时,就开始发现虹吸,水从C孔连续流出。调节注入罐中的水量,使其小于从C孔中流出的量,则容器中水面逐渐下降,直到水面低于C孔时,虹吸现象才停止,C孔断流。继续向容器内注水,以后的现象将重复上述过程,即每间歇一定的时间发生一次虹吸现象,从C孔中流出一定量的水。
(五)非恒流液装置与恒流液装置
1、往盐水瓶内注入大半瓶红色水后,塞上双孔橡皮塞。在橡皮塞的双孔内插入2根细玻璃管CC'、AA',使玻璃管CC'的C端在瓶内水面之上,玻璃管AA'的A端在接近瓶底处。另用一根橡皮管把玻璃管BB'与AA'连成U形管,使U形管内注满红色水,并使B端低于A端(橡皮管上的螺旋夹K处于夹紧状态),在B端下方放置一空量杯D。
2、松开螺旋夹K,由于虹吸作用,水连续地流入量杯D中。用秒表测出量杯D中的水分别达到5、10、20、40、60、100毫升的时间。
3、在直角坐标系中画出虹吸管中流出的水量V随时间t变化的实验图线。
分析图线可知,单位时间内从B端流出的水量随瓶内水面的下降(或瓶内水面与B端高度差△h的减小)而减少,即为非恒流液装置。
4、将装置中的玻璃管CC'往下移,使其管口C约与AA'管的管口A齐平,旋紧螺旋夹K,往瓶内注入大半瓶红色水,并在虹吸管口B的下方放置一空量杯D。
5、松开螺旋夹K,由于虹吸作用,水连续流入量杯D中,用秒表测出量杯中的水分别达到5、10、20、40、60、100毫升的时间。
6、在直角坐标系中画出虹吸管中流出的水量V随时间t变化的实验图线。
分析图线可知,单位时间内从B端流出的水量不随瓶内水面的下降而变化,即为恒流液装置。
说明与延伸
1、虹吸管的应用在我国始于汉代,盛于整个封建社会,在有电力灌溉设备之前,它与龙骨水车为我国古代两种主要灌溉器械。对于用来灌溉的大型虹吸管来说,我们的祖先除采用加热法产生虹吸外,还巧妙地采用下述灌水排气法产生虹吸。
在虹吸管的最高部位设置端口朝上、顶部有开口的倒U形装置,这种装置通常由瓦、砖砌成,两端口连入虹吸管。使用时,先关闭两端口阀门,从顶口处灌水,到该装置中灌满水后,封闭顶口(不能漏气),然后打开两端口阀门,借助灌水排气法使虹吸管工作。
2、间歇虹吸装置应用举例:
(1)作为“魔杯”,用于物理游艺表演。表演前先在杯内注水至A处,表演时当众向杯内倒入一小杯水,从杯中却可流出一大杯水。
(2)在公共厕所或其他场合采用类似装置,实现定时自动间歇冲水。
3、恒流液装置也叫做“马特里奥容器”。组装和成功的关键在于各结合部位不能漏气。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多