趣味科学实验:N099.水中气泡在加速时向那个方向运动?

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一 实验现象

二 实验材料

       热熔胶枪、吸管(比较硬的那种)、蓝墨水(或红墨水)、棉签

三 实验步骤

 【第1步】准备好实验材料。

【第2步】用热熔胶把吸管一端密封。

【第3步】然后在吸管里装入水。

【第4步】用棉签(或者餐巾纸)滴入两滴蓝色墨水(用手指堵住开口一端来回颠倒可以加速墨水扩散速度)。

【第5步】用热熔胶把另一端封闭(注意里面保留气柱长度,可以先用手指堵住开口端观察气泡大小和移动速度,气泡的大小影响气泡上升速度),同时在里面放入一个小的螺丝钉(铁丝头也可以)。

【第6步】将吸管水平放置气泡大致在中间位置(可以当水平仪使用)。

【第7步】竖起来吸管气泡会在浮力作用下向上运动。

【第7步】晃动下气泡运动实验视频。



【注意事项】实验简单易行,没啥难点(如果用短的玻璃管更好),可以拿着吸管左右晃动来做圆周运动,观察气泡向圆心运动,也可以在吸管里放入小钢珠来进行比较性实验,其中气体的多少比较关键。

四 实验原理

        气泡的密度小于水的密度,根据阿基米德原理气泡受到的浮力大于气泡本身的重力,在静止时气泡会向上运动,螺丝会向下运动。用手在水平面内甩时吸管包括气泡和螺丝整体做的是圆周运动,此时向心加速度指向圆心,气泡两侧受到水的压力差和阻力提供向心力(竖直面内晃动是重力、阻力和水的压力差合力提供向心力)。如果把气泡换成同等体积的水,则同等体积的水可以做稳定的圆周运动不向上向下运动。由于气泡的质量比同等体积的水质量小,所以需要的向心力也小,而实际提供的压力差大于气泡需要的向心力,所以气泡做的是向心运动,用力一甩气泡就回到了吸管底部。此实验原理比较复杂,给孩子做的目的是让孩子有一定的感性认识,有了这个基础以后在学习圆周运动的相关知识更加容易理解。

     【知识拓展】在水箱中间位置有一个气泡,当车沿着水平面向前加速运动时,气泡如何运动?刹车时气泡又如何运动?

解答:根据以上实验知识,密度小的物体与密度大的物体比较(体积相同),密度小的物体(同等体积时质量更小,运动状态容易改变)相对(水)运动相对方向与加速度方向相同。汽车加速时加速度向前,从惯性角度来看,密度小的物体容易被加速也更容易被减速,所以加速时气泡向前,减速时气泡向后。



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