小試管逆流而上實驗-別樣虹吸2012

1、小試管逆流而上實驗新概念基礎物理（2012 修訂）王 紹 符1別樣虹吸 如圖所示： 在一個較大的容器的底面上打一個圓孔. 取一根粗細長短適當、兩端開口的玻璃管，插入打好孔的橡皮塞的孔中.然后像圖示的那樣，用此橡皮塞將玻璃管固定在容器底面上的那個圓孔中. 另取一只長短粗細合適的大試管，口朝下套在玻璃管外，并設法像圖示的那樣將大試管固定，但管口與容器底面要留有縫隙.別樣虹吸2 往容器中灌水，在玻璃管與大試管的夾層中也會有水進入，且水面會與容器中的保持相平. 當水淹沒玻璃管頂端之前，不會有水從玻璃管下端的管口流出. 一旦水沒過玻璃管頂端，充滿大試管，水便會從玻璃管下端的管口流出，而且一直到容器內(nèi)的水

2、全部流完為止.別樣虹吸3 往容器中灌水，在玻璃管與大試管的夾層中也會有水進入，且水面會與容器中的保持相平. 當水淹沒玻璃管頂端之前，不會有水從玻璃管下端的管口流出. 一旦水沒過玻璃管頂端，充滿大試管，水便會從玻璃管下端的管口流出，而且一直到容器內(nèi)的水全部流完為止. 這個實驗中的玻璃管外套以大試管，就構成了“在頂部將兩個容器連接了起來”的虹吸管，只不過不是常規(guī)的兩個容器左右并列，而是“別樣”的內(nèi)外套裝.別樣虹吸4小試管逆流而上 選大小兩個試管，小試管要能夠插入大試管，且間隙要合適，既不能太緊，也不能太曠. 5 選大小兩個試管，小試管要能夠插入大試管，且間隙要合適，既不能太緊，也不能過大太曠. 在

3、大試管中裝滿水，再將小試管插入其中，讓水自然溢出.然后同時握住兩個試管，將其快速翻轉(zhuǎn)，再放開小試管.6 選大小兩個試管，小試管要能夠插入大試管，且間隙要合適，既不能太緊以致小試管在其中活動不便，也不能過大太曠. 在大試管中裝滿水，再將小試管插入其中，讓水自然溢出.然后同時握住兩個試管，將其快速翻轉(zhuǎn)，再放開小試管. 這時我們會看到，水沿著兩個試管的夾層順流而下，而小試管則逆流而上，直達大試管管頂. 這就是有名的“逆流而上的小試管實驗”. 7 這是可以說也是虹吸現(xiàn)象. 圖a所示小試管在大試管中，上升的路徑，可視為構成套裝虹吸管的內(nèi)管. 與之等效的左右并列形式如圖b所示. 此處的小試管如同一個活塞插

4、在左臂管口之中.8 等效為并列形式，但不會改變小試管的受力情況.小試管在水平方向受力平衡自不待言，在豎直方向受三個力： 一是重力G,方向向下； 二是大氣壓力F1=p0S（S表示小試管的橫截面積,下同）,方向向上； 三是水的壓力F2，根據(jù)壓強差公式，在靜態(tài)的情況下，F(xiàn)2 =（p0gh）S.9 根據(jù)牛頓定律，在平衡的條件下應有 式左端向上的大氣壓力與向下的水的壓力之差，可視為克服小試管的重力使其上升的動力，化簡后可得 可以看出上式中的hS就是小試管插入大試管時沒入水中的體積（也就是小試管排開的水的體積）. 10 這也就明白無誤地告訴我們，在此情況下，翻轉(zhuǎn)后，小試管仍平衡，水也不流動. 當初翻轉(zhuǎn)之前

5、，小試管插入大試管時，若恰好平衡，則有下列關系 可以想像用等重量的水來代替小試管，置換其在虹吸管中的位置，如圖c虹吸管中畫有斜線的水柱所示. 如此置換，虹吸管兩邊液面恰好相平，且等壓，符合平衡條件.但是，這種平衡是不穩(wěn)定的，是理想情況.11 要保證翻轉(zhuǎn)后小試管上升而不下落，需要在做此實驗之初，將大小試管翻轉(zhuǎn)之前，在將小試管插入大試管水中時，使插入的深度大于小試管平衡浮于水中的深度. 這樣翻轉(zhuǎn)之后，小試管受的三個力中重力 G 和大氣壓力F1= p0S 都不變，而水對小試管的壓力F2 = (p0gh)S 將因 h 的增大而減小.小試管失衡上升. 因而克服小試管的重力使其上升的動力增大12 增加小試管插入的深度，就相當于圖c中的虹吸管左臂畫有斜線的水柱上移，如圖d所示. 結果形成兩邊管口液面雖然等壓而不相平.因而失衡，水從右臂下落，小試管在左臂上升.13 增加小試管插入的深度，就相當于圖c中的虹吸管左臂畫有斜線的水柱上移，如圖d所示. 結果形成兩邊管口液面雖然等壓而不相平.因