探究柱形容器内水面高度与放水时间的关系

一、引子

2019年4月28日上午，微主在网上查找机械能部分的教学资料，偶尔看到黄河小浪底水库调水调沙的场景照片，忽然联想起了前一段时间安徽池州一中詹善生老师指导学生做过的一个探究水位高度与放水时间的关系实验。

这个实验恰好用到近期正在学习的机械能相关知识，决定组织学生开展这项科学探究实验，希望得到更加精准的实验结论，并准备将这个项目的资料好好整理，编写成一个适合中学生开展的科学探究活动经典案例。

二、探究性实验设计

2019年4月28日中午，微主在家里翻箱倒柜，找出一个透明的四棱柱形酒盒，这个酒盒已经被装入垃圾袋，正准备扔掉。

这个世界上从来没有无用的垃圾，只有放错的资源；那些在旁人眼中被视为垃圾的东西，恰恰是微主眼中的宝贝。

当天下午，在焦作市创客教育名师工作室指导专家、顺时针魔方俱乐部技术总监李璐老师的帮助下，微主在酒盒上面钻出许多大小不一圆孔，让这个酒盒从一个将要丢弃的垃圾变成了一个神奇的科学探究教具。

实验模型的外观

实验模型的外观

三、探究水位高度与放水时间的关系

首先用透明胶带将酒盒的底部密封，防止漏水；然后在酒盒的一侧粘贴一个透明的塑料尺，用于测定液面与放水孔之间的距离。

2019年4月29日，利用午休时间，微主召集路晏、王琪两位同学为实验助手，在学校办公楼洗手间外侧的洗手台上，完成了本次实验探究过程的视频录制。

1.实验探究

指导教师介绍实验原理

学生将酒盒灌满水

小组合作做好录像准备

先录像后放水 全程录像

2.数据采集

实验小组在手机中回放实验录像，以0.5cm为长度单位，记录水面下降过程中的高度值和放水时间值，将高度值和对应的时间值录入电子表格。

3.数据分析

在微主指导下，实验小组在电子表格中以水面高度和放完水所需时间为变量绘制散点图，在电子表格中拟合曲线，发现水位高度与放水时间的平方成正比。

本着化曲为直的数据处理原则，以水位高度的平方根和放水时间为变量绘制散点图，在电子表格中进行线性拟合，得到一条过原点的倾斜直线。

显然：放水时间与水位高度的平方根成正比。

4.分析结论

柱形容器通过小孔放水时，放完水所需要的时间与水位高度的平方根成正比。

四、结果应用

在游泳池、浴池、水族馆等柱形容器的放水过程中，可以通过测量某一段时间内水面下降的高度，推知水面再下降某一高度所需要的时间。

本实验探究结论为人们把握柱形容器的放水时间提供了理论支持。

| 创客焦作 | 

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