-
水壓計
-
力與壓力(第四冊第六章第三節)
-
壓力
-
45分鐘
-
林宣安老師
-
一、 藉實驗觀察與講解,能了解水壓的原理與作用。
二、 藉由觀察水壓計的演示,學生能應用水壓的概念來解釋水壓計的運作原理。 -
塑膠瓦楞板(20cm x10cm)、60cm風管x2、束帶x6、水性墨水、水、透明塑膠罐、10ml針筒、輸液管、塑膠漏斗(直徑5.3cm、高約7cm)、PVC保鮮膜(10cm x10cm)、尖錐、長尾夾、剪刀、奇異筆、尺、透明膠帶、水桶
- 時間 教學活動流程 教學資源
-
10分鐘一、 生活連結與預測
1. 在游泳的時候,若是潛到水底,耳朵會有什麼感覺?為什麼?
2. 是否有看過河堤或是水壩的結構?為什麼會這樣建造呢? -
20分鐘二、 操作與觀察
1. 依操作步驟進行安裝與實驗。
2. 教學提示:
(1) 以針筒吸取色水注入風管中(針筒內的空氣須先排出,避免水壓計的水柱中有空氣),量不可太多,也不可太少,注入大約風管一半的高度即可。
(2) 水壓計的漏斗以10cm x 10cm的保鮮膜封住,需確認沒有空隙,膠帶要完整繞貼超過保鮮膜的邊緣避免漏氣。
(3) 使用的水盆需具有一定的深度,避免液柱高度差太小。
(4) 保鮮膜的張力會影響實驗的量化結果,若進行量化紀錄,在實驗前需校正一次,若僅進行觀察即無妨。
(5) 進行開口型水壓計測試時,亦可在同一深度改變漏斗的方向(朝左右或朝上),觀察U型管內水柱高低是否有變化。
(6) 不使用水壓計時,可拆下漏斗端風管,以輸液管或三向閥塞住U型風管的兩端,避免液體蒸發流失。
3. 延伸實驗:
(1) 將風管使用三通接頭,並連接氣壓計,測量看看若水深愈深,風管內的氣壓將如何變化,並比較開放式和封閉式的水壓計是否有所不同。
(2) 將寬鬆的塑膠手套套在手上(手套需可套至手腕以上)沒入水中,體驗當水深愈深,手套產生的變化和手的感覺有何差異。 -
5分鐘三、 原理說明
1. 在同一地點,液體壓力只與垂直深度及液體密度有關,與容器底面積的大小、是否傾斜、形狀等因素無關。
2. 當液體完全靜止時,不論在任何方向上,相同深度的液體壓力皆相等。如果壓力有所不同,小液體將會流動。
3. 如果一個小液體恰好位於容器壁,容器壁的反作用力恰好能抵銷液體壓力造成的力,使小液體維持靜止。但如果小液體恰好位於器壁的一個小洞口,沒有反作用力能抵銷液體壓力造成的力,小液體將沿著垂直器壁的方向噴出小洞口。
4. 當右端漏斗放入水中固定深度,液體完全靜止時,不論漏斗朝向任何方向,其所受到的壓力都相同,U型管兩端水柱的高度差也都相同。改變漏斗在水中的深度,才能改變U型管兩端水柱的高度差。
5. 左端開口的U型管內兩端水面等高,表示右端氣壓等於大氣壓力。右端水面較低表示右端氣壓較大,反之則右端氣壓較小。
左端氣壓-右端氣壓=兩端水柱高度差造成的壓力
6. 若U型管左端封閉,則左端封閉氣體的壓力取代大氣壓力,其餘原理相同。(本實驗忽略封住漏斗的保鮮膜彈力所造成的壓力) -
10分鐘問題與討論
1. 開口型的水壓計漏斗放入水中後,愈往下沉,風管的液面高度將如何變化?為什麼?
解答:開口型的水壓計漏斗放入水中後,水壓壓迫到漏斗的保鮮膜,使保鮮膜凹陷而擠壓到風管內的氣體,導致風管內的有色液柱有高度差,若是漏斗放入愈深,水壓擠壓到保鮮膜的程度愈大,使有色液柱的高度差愈大。由此可推知,放入漏斗的深度愈深,液體壓力愈大。
2. 開口型的水壓計漏斗放入水中後,在同一個高度,漏斗朝向側面、上面和下面,風管的液面高度將如何變化?
解答:若是在同一個液體深度,不管是上壓力、下壓力或側壓力皆相同,因為液體壓力只和液體的深度和液體密度有關,但漏斗朝向不同面的時候,液柱差仍會有些許差異,因為整個圓形漏斗面並非在同一個深度。
3. 閉口型的水壓計漏斗放入水中後,愈往下沉,風管的液面高度將如何變化?為什麼?
解答:閉口型的水壓計因為氣體無法排出,當漏斗端放入水中,擠壓到風管內的氣體時,風管內的氣體體積縮小,壓力也變大,所以使液柱上升的高度變小,造成兩端沒有明顯的液體高度差。 -
參考資料林宣安老師_創意教具DIY網頁:http://l0930984547.blogspot.com/2017/03/blog-post_11.html