半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)-精品文檔

1、半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)關(guān)于用半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)， 有兩種看法， 有人認(rèn)為不能成功； 有人認(rèn)為能成功， 但對(duì)成功的解釋是不同的。 下面筆者針對(duì)上述 情況進(jìn)行分析：1 認(rèn)為半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)不能成功如圖 1 所示，當(dāng)水杯倒置后， 杯內(nèi)水面上方的氣壓沒有變化， 與外界的大氣壓相等，水、硬紙片在其重力作用下掉落。實(shí)驗(yàn)表明， 半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)依然能夠成功。 通過仔細(xì)觀察 發(fā)現(xiàn)水杯倒置后，硬紙片發(fā)生了形變，所以，倒置前后杯內(nèi)氣壓 發(fā)生了變化，上述解釋的前提是錯(cuò)誤的。2 半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)?zāi)艹晒忉?1：如圖 2 所示，當(dāng)水杯倒置后，硬紙片會(huì)在水的壓力 作用下向杯外突出，導(dǎo)致杯內(nèi)的空氣體積增大，根據(jù)玻？D馬定律，杯內(nèi)的

2、氣體壓強(qiáng)會(huì)減小，小于外界的大氣壓強(qiáng)，因此實(shí)驗(yàn)?zāi)?成功。這種解釋看似合情合理， 但通過實(shí)驗(yàn)的仔細(xì)觀察， 發(fā)現(xiàn)水杯 倒置后硬紙片不是向杯外凸出，而是相反，向杯內(nèi)凸出。這種解 釋違背了實(shí)驗(yàn)事實(shí)，當(dāng)然是不正確的。解釋 2：在做覆杯實(shí)驗(yàn)時(shí)仔細(xì)觀察，我們可以觀察到硬紙片 向杯內(nèi)凸出， 同時(shí)硬紙片離開杯口有一個(gè)微小的距離，如圖 3 所示。下面我們來進(jìn)行推算：為了簡化，設(shè)杯子為圓柱形，高度為H,杯內(nèi)水深h,杯子內(nèi)截面積為 S。倒置前，杯內(nèi)氣體壓強(qiáng)p1=pO,倒置后，杯內(nèi)空氣柱的體積 變大，V2=V1V 氣體的壓強(qiáng)減小，p2=p1- p。根據(jù)玻?D馬定律p1V仁p2V2可得：pOV仁pOVI+pQM - pV1

3、- pA V略去 pA V 貝U pOA V=A pV1 （ 1）水杯倒置后，對(duì)紙片進(jìn)行受力分析，向下的力有：紙片自重G，杯內(nèi)水的壓力p ghS,杯內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力（pO- p） S; 向上的力有：浸潤現(xiàn)象產(chǎn)生的水對(duì)紙片的拉力 F ，杯外氣體產(chǎn) 生的壓力 pOS。滿足紙片恰好不下落的條件：由于浸潤現(xiàn)象產(chǎn)生的水對(duì)紙片的拉力和紙片自重都很小 （且 這兩個(gè)力方向相反，近似抵消），可以略去。所以， p= p gh （2） 由（1）（ 2）可得，A V=。所以，倒置時(shí)水柱下降A(chǔ) h=。（其中 p 取 105 Pa , g 取 10 N/kg ）當(dāng)h=H-h時(shí)，即h=時(shí)，h （H-h）有最大值，也即Ah 值最 大。假設(shè)水杯的高度H=0.2 m，當(dāng)裝入半杯水時(shí)，即 h=0.1 m , 可算出（ h）=10-3 m。倒置水杯時(shí)，只要滿足紙片向下移動(dòng)1 mm大氣壓即可托住杯內(nèi)的水，同時(shí)這個(gè)微小的下移，也不至讓外界的大氣進(jìn)入杯內(nèi)，即半杯水做覆杯實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺晒?。如果杯?nèi)裝入較多或較少的水，通過計(jì)算，Ah 更小，實(shí)驗(yàn) 也更容易成功。編者注：本實(shí)驗(yàn)要十分注意操作技巧，才能成功。要選用輕 巧而有彈性的硬紙片，覆杯倒立后壓緊紙片的手要慢慢地放松， 紙片微微向下移