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1、小试试管逆流而上实验实验 别样别样 虹吸新概念基础物理河北 保定 河北大学（2012 修订）王 绍 符Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.别样虹吸如图所示： 在一个较大的容器的
2、底面上打一个圆孔.取一根粗细长短适当、两端开口的玻璃管，插入打好孔的橡皮塞的孔中.然后像图示的那样，用此橡皮塞将玻璃管固定在容器底面上的那个圆孔中.另取一只长短粗细合适的大试管，口朝下套在玻璃管外，并设法像图示的那样将大试管固定，但管口与容器底面要留有缝隙.别样虹吸Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyrig
3、ht 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.往容器中灌水，在玻璃管与大试管的夹层中也会有水进入，且水面会与容器中的保持相平. 当水淹没玻璃管顶端之前，不会有水从玻璃管下端的管口流出.一旦水没过玻璃管顶端，充满大试管，水便会从玻璃管下端的管口流出，而且一直到容器内的水全部流完为止.别样虹吸Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose
4、.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.往容器中灌水，在玻璃管与大试管的夹层中也会有水进入，且水面会与容器中的保持相平. 当水淹没玻璃管顶端之前，不会有水从玻璃管下端的管口流出.一旦水没过玻璃管顶端，充满大试管，水便会从玻璃管下端的管口流出，而且一直到容器内的水全部流完为止.这个实验中的玻璃管外套以大试管，就构成了“在顶部将两个容器连接了起来”的虹吸管，只不过不是常规的两个容器左右并列，而是“别样”的内外套
5、装.别样虹吸Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.小试管逆流而上 选大小两个试管，小试管要能够插入大试管，且间隙要合适，既不能太紧，也不能太旷. Evaluation only.
6、Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.选大小两个试管，小试管要能够插入大试管，且间隙要合适，既不能太紧，也不能过大太旷. 在大试管中装满水，再将小试管插入其中，让水自然溢出.然后同时握住两个试管，将其快速翻转，
7、再放开小试管.Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.选大小两个试管，小试管要能够插入大试管，且间隙要合适，既不能太紧以致小试管在其中活动不便，也不能过大太旷. 在大试管中装满水，
8、再将小试管插入其中，让水自然溢出.然后同时握住两个试管，将其快速翻转，再放开小试管.这时我们会看到，水沿着两个试管的夹层顺流而下，而小试管则逆流而上，直达大试管管顶.这就是有名的“逆流而上的小试管实验”. Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Co
9、pyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.这是可以说也是虹吸现象. 图a所示小试管在大试管中，上升的路径，可视为构成套装虹吸管的内管.与之等效的左右并列形式如图b所示.此处的小试管如同一个活塞插在左臂管口之中.Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Asp
10、ose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.等效为并列形式，但不会改变小试管的受力情况.小试管在水平方向受力平衡自不待言，在竖直方向受三个力：一是重力G,方向向下；二是大气压力F1=p0S（S表示小试管的横截面积,下同）,方向向上；三是水的压力F2，根据压强差公式，在静态的情况下，F2 =（p0gh）S.Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides
11、 for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.根据牛顿定律，在平衡的条件下应有 式左端向上的大气压力与向下的水的压力之差，可视为克服小试管的重力使其上升的动力，化简后可得可以看出上式中的hS就是小试管插入大试管时没入水中的体积（也就是小试管排开的水的体积）. Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profi
12、le 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.这也就明白无误地告诉我们，在此情况下，翻转后，小试管仍平衡，水也不流动. 当初翻转之前，小试管插入大试管时，若恰好平衡，则有下列关系可以想像用等重量的水来代替小试管，置换其在虹吸管中的位置，如图c虹吸管中画有斜线的水柱所示.如此置换，虹吸管两边液面恰好相平，且等压，符合平衡条件.但是，这种平衡是不稳定的，是理
13、想情况.Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.要保证翻转后小试管上升而不下落，需要在做此实验之初，将大小试管翻转之前，在将小试管插入大试管水中时，使插入的深度大于小试管平衡浮于水
14、中的深度. 这样翻转之后，小试管受的三个力中重力 G 和大气压力F1= p0S 都不变，而水对小试管的压力F2 = (p0gh)S 将因 h 的增大而减小.小试管失衡上升. 因而克服小试管的重力使其上升的动力增大Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd
15、.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.增加小试管插入的深度，就相当于图c中的虹吸管左臂画有斜线的水柱上移，如图d所示.结果形成两边管口液面虽然等压而不相平.因而失衡，水从右臂下落，小试管在左臂上升.Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspo
16、se Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.增加小试管插入的深度，就相当于图c中的虹吸管左臂画有斜线的水柱上移，如图d所示.结果形成两边管口液面虽然等压而不相平.因而失衡，水从右臂下落，小试管在左臂上升.至此可以看出，逆流而上的小试管实验确实与虹吸现象类似. 形成虹吸现象的动力是大气压力，逆流而上的小试管实验的动力也是大气压力，Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.
