小試管逆流而上實(shí)驗(yàn)-別樣虹吸2012

1、小試管逆流而上實(shí)驗(yàn)新概念基礎(chǔ)物理（2012 修訂）王 紹 符1別樣虹吸 如圖所示： 在一個(gè)較大的容器的底面上打一個(gè)圓孔. 取一根粗細(xì)長(zhǎng)短適當(dāng)、兩端開(kāi)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(gè)圓孔中. 另取一只長(zhǎng)短粗細(xì)合適的大試管，口朝下套在玻璃管外，并設(shè)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(huì)有水進(jìn)入，且水面會(huì)與容器中的保持相平. 當(dāng)水淹沒(méi)玻璃管頂端之前，不會(huì)有水從玻璃管下端的管口流出. 一旦水沒(méi)過(guò)玻璃管頂端，充滿(mǎn)大試管，水便會(huì)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(huì)有水進(jìn)入，且水面會(huì)與容器中的保持相平. 當(dāng)水淹沒(méi)玻璃管頂端之前，不會(huì)有水從玻璃管下端的管口流出. 一旦水沒(méi)過(guò)玻璃管頂端，充滿(mǎn)大試管，水便會(huì)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(gè)實(shí)驗(yàn)中的玻璃管外套以大試管，就構(gòu)成了“在頂部將兩個(gè)容器連接了起來(lái)”的虹吸管，只不過(guò)不是常規(guī)的兩個(gè)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(gè)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(gè)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(guò)大太曠. 在

3、大試管中裝滿(mǎn)水，再將小試管插入其中，讓水自然溢出.然后同時(shí)握住兩個(gè)試管，將其快速翻轉(zhuǎn)，再放開(kāi)小試管.6 選大小兩個(gè)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(dòng)不便，也不能過(guò)大太曠. 在大試管中裝滿(mǎn)水，再將小試管插入其中，讓水自然溢出.然后同時(shí)握住兩個(gè)試管，將其快速翻轉(zhuǎn)，再放開(kāi)小試管. 這時(shí)我們會(huì)看到，水沿著兩個(gè)試管的夾層順流而下，而小試管則逆流而上，直達(dá)大試管管頂. 這就是有名的“逆流而上的小試管實(shí)驗(yàn)”. 7 這是可以說(shuō)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(gòu)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(gè)活塞插

4、在左臂管口之中.8 等效為并列形式，但不會(huì)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(gè)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(qiáng)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(yīng)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(dòng)力，化簡(jiǎn)后可得 可以看出上式中的hS就是小試管插入大試管時(shí)沒(méi)入水中的體積（也就是小試管排開(kāi)的水的體積）. 10 這也就明白無(wú)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(dòng). 當(dāng)初翻轉(zhuǎn)之前

5、，小試管插入大試管時(shí)，若恰好平衡，則有下列關(guān)系 可以想像用等重量的水來(lái)代替小試管，置換其在虹吸管中的位置，如圖c虹吸管中畫(huà)有斜線(xiàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)，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(gè)力中重力 G 和大氣壓力F1= p0S 都不變，而水對(duì)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(dòng)力增大12 增加小試管插入的深度，就相當(dāng)于圖c中的虹吸管左臂畫(huà)有斜線(xiàn)的水柱上移，如圖d所示. 結(jié)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(dāng)于圖c中的虹吸管左臂畫(huà)有斜線(xiàn)的水柱上移，如圖d所示. 結(jié)果形成兩邊管口液面雖然等壓而不相平.因