CN220208420U - 探究液体压强的可视化教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种探究液体压强的可视化教学装置，包括可移动的底板和竖直设在底板后侧部的立板，所述底板的侧部设有分别与底板、立板垂直的侧板，所述底板上水平固定设有注射器和与注射器出液端连通的且水平设置的PVC透明管，所述PVC透明管上开设有若干个开孔，各开孔上分别连接有与立板相贴接的软管，所述软管上靠近PVC透明管的位置上连接有手动启闭阀门，所述PVC透明管上远离注射器的一端连接有带有手动启闭阀门的软胶管；本申请探究液体压强的可视化装置利用弹簧、注射器、漏斗、PVC透明管、阀门和软胶管等材料设计的可视化装置，它现象直观明显、操作方便、能定量探究液体压强。

Description

探究液体压强的可视化教学装置

技术领域：

本实用新型涉及一种探究液体压强的可视化教学装置。

背景技术：

《义务教育物理课程标准》对“科学探究：液体的压强”这一节的教学要求是：“探究并了解液体压强与哪些因素有关”在使用传统教具“U形管压强计”探究液体的压强与哪些因素有关的实验时，无法准确说明液体压强与重力、密度和深度的关系；同时，在此实验的探究中只能定性的说明液体压强和深度、密度的关系，不够直观严谨。

如检索到中国专利“一种U形管压强计”，公开号CN217716749U，包括U形管体，所述U形管体的一端为与大气相通的开放端，另一端为连接压强检测机构的检测端；其特征在于，所述U形管体的上端具有连通两侧管体的连通管，所述连通管上安装有用于开启或关闭所述连通管的开关阀，虽然通过连通管上的开关阀的开启快速调节U形管内的液面平齐，能够消除U形管两端气压不均而影响测量的准确性，但其无法直观明显的定量探究液体的压强。

发明内容：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种探究液体压强的可视化教学装置，该探究液体压强的可视化教学装置设计合理，能够直观明显的定量探究液体的压强。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：包括可移动的底板和竖直设在底板后侧部的立板，所述底板的侧部设有分别与底板、立板垂直的侧板，所述底板上水平固定设有注射器和与注射器出液端连通的且水平设置的PVC透明管，所述PVC透明管上开设有若干个开孔，各开孔上分别连接有与立板相贴接的软管，所述软管上靠近PVC透明管的位置上连接有手动启闭阀门，所述PVC透明管上远离注射器的一端连接有带有手动启闭阀门的软胶管；所述注射器的活塞柄端头与弹簧的第一端相连接，弹簧的第二端抵接在侧板上，所述注射器的活塞柄上垂直设有指针，所述立板上设有与指针对应的刻度。

优选的，上述PVC透明管上开设有四个开孔，在开孔上连接有四个软管，四个软管分别是第一软管、第二软管、第三软管和第四软管，其中第一软管和第二软管的形状和管径相同，第三软管的管径较第一软管、第二软管的管径大，所述第四软管为中间粗两端细的软管。

优选的，上述软管的上端部均连接有漏斗。

优选的，上述弹簧为弹簧测力计。

优选的，上述弹簧套设在透明管体内，该透明管固定在底板上，在注射器活塞柄端头的推动下弹簧在透明管体内滑移。

优选的，上述手动启闭阀门为夹子。

本实用新型探究液体压强的可视化教学装置的实验演示方法：

1.实验之前，先测量出活塞面积S的大小，先观察注射器的规格Vml，再用刻度尺测量出注射器上有标度这部分的长度L，故S=V/L；

2.先关闭B、C、D软管，及排水口的阀门，打开A软管的阀门，此时的A软管与PVC透明管相通，向A管的漏斗中注满水，当软管A内水的高度h1时，记录此时弹簧弹力的大小F1；降低软管A的高度，观察弹簧弹力大小的变化，从而比较同一液体不同深度液体压强的大小；

3.打开排水口的阀门，排出PVC透明管内的液体，此时弹簧的形变量为零，只打开软管C的阀门，向软管C的漏斗中注满水，当软管C处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F2，比较F1、F2的大小，即F1=F2，从而得出液体压强的大小与容器粗细的关系。

4.打开排水口的阀门，排出管内的液体，此时弹簧的形变量为零，只打开软管D的阀门，向软管D的漏斗中注满水，当软管D处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F3，比较F1、F3的大小，即F1=F3，从而得出液体压强的大小与容器形状的关系。

5.打开排水口的阀门，排出管内的液体，此时弹簧的形变量为零，打开软管B和排水口的阀门，用酒精从软管B中灌入，洗涤整个装置，冲掉管内的水，使管中液体的成分为酒精，关闭排水口，向软管B的漏斗中注满酒精，当软管B处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F4，比较F1、F4的大小，从而比较同一深度不同密度液体压强的关系。

实验过程中保证注射器、PVC透明管、软管的气密性，尽量排尽仪器内的空气，弹簧测力计、注射器和PVC透明管应保持在同一水平面，同一高度。

本申请探究液体压强的可视化装置利用弹簧、注射器、漏斗、PVC透明管、阀门和软胶管等材料设计的可视化装置，它现象直观明显、操作方便、能定量探究液体压强。

附图说明：

图1是本实用新型构造原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

本实用新型探究液体压强的可视化教学装置包括可移动的底板1和竖直设在底板1后侧部的立板2，所述底板1的侧部设有分别与底板1、立板2垂直的侧板3，底板1、立板2和侧板3均采用木板或金属板材制成，由于该装置为教学用具，因此需要方便进行移动，该装置的整体重量需要控制在小于10公斤，上述可移动的底板并非指其底部设置滚轮等，而是指其重量较轻，便于移动。

底板1上水平固定设有注射器4和与注射器出液端连通的且水平设置的PVC透明管5，注射器4为市售产品，其包括针筒和在针筒内能够移动的活塞，活塞连接有活塞柄，所述PVC透明管5上开设有若干个开孔6，各开孔上分别连接有与立板相贴接的软管7，该软管的材料可以是硅胶、橡胶等，该软管7贴接立板并非是软管7固定在立板上，而是软管7贴靠在立板的正面上，从而便于教学展视。

软管上靠近PVC透明管的位置上连接有手动启闭阀门8，手动启闭阀门可以为夹子，所述PVC透明管5上远离注射器的一端连接有带有手动启闭阀门的软胶管12，该软胶管的出口作为排水口；所述注射器4的活塞柄401端头与弹簧9的第一端相连接，弹簧9的第二端抵接在侧板3上，所述注射器4的活塞柄401上垂直设有指针10，所述立板2上设有与指针10对应的刻度13，在各软管7未倒入液体时，该弹簧9处于自然状态，且指针10处于刻度的O位，在某个或几个软胶管中注入液体时，注射器4的活塞和活塞柄401被推移，继而压缩弹簧9，指针10移动即指示在刻度的某位。

具体的，上述PVC透明管5上开设有四个开孔，在开孔上连接有四个软管，四个软管分别是第一软管A、第二软管B、第三软管C和第四软管D，其中第一软管和第二软管的形状和管径相同，容积相同，即第一软管和第二软管的第三软管的管径较第一软管、第二软管的管径大，即第三软管的容积大于第一软管、第二软管的容积，所述第四软管为中间粗两端细的软管，第四软管的容积大于等于第三软管的容积。

具体的，为了便于在软管中注入液体，上述软管的上端部均固定连接有漏斗11，软管7上端部可以通过C形卡扣定位，使该软管7的上部可以手动升降，即在需要将软管7处于竖立状态下时，软管7的上部且位于漏斗11的下方，可以扣入C形卡扣中，从而使软管7竖立，当需要调节软管7高度时，可以将软管7的上部从C形卡扣中脱出，手动升降软管7的上部。

其中一种实施例，上述弹簧为弹簧测力计（为市购件），该弹簧测力计在被压缩时，其体内的弹簧所连接的指示针能够移动至相应示数位置，用以显示活塞柄401挤推弹簧的压力值；或者是弹簧套设在透明管体内，该透明管固定在底板上，在注射器活塞柄端头的推动下弹簧在透明管体内滑移，同样在透明管体内的弹簧所连接的指示针能够移动至相应示数位置，用以显示活塞柄401挤推弹簧的压力值。

本实用新型探究液体压强的可视化教学装置的制作过程：

1、制作矩形状的底板、立板和侧板，并将三者进行固定；

2、制作注射器：取一只注射器，将针拔掉，针口处（即出液端）连接PVC透明管，注射器的活塞柄端头与弹簧相连；

3.制作PVC透明管：将PVC透明管在同一侧面凿开四个开孔，用于接软管；PVC透明管的一端由凿开洞的盖子密封，该洞用来连接注射器的出液端；PVC透明管的另一端由凿开一个洞的盖子密封，该洞接软胶管，以作为排水口；

4.制作四个软管：将四条软管（第一软管、第二软管、第三软管和第四软管，即A、B、C、D软管）分别与PVC透明管连接，其中第一软管、第二软管粗细相同，第三软管比第一软管粗，第一软管、第二软管、第三软管形状相同，第四软管为中间粗两端细的软管；同时，在四根软管上端分别装上四个相同的漏斗；

5、制作高度刻度尺：在立板正面上，以软管与PVC透明管的衔接处为零刻度线，竖直向上标注相应的高度刻度14；

6.在每个软管和软胶管处都设置一个手动启闭阀门（可以为夹子）；

7.进行多次试验及调整，最后完成该教具的制作。

本实用新型探究液体压强的可视化教学装置的实验演示方法：

1.实验之前，先测量出活塞面积S的大小，先观察注射器的规格Vml，再用刻度尺测量出注射器上有标度这部分的长度L，故S=V/L；

2.先关闭B、C、D软管，及排水口的阀门（指手动启闭阀门），打开A软管的阀门（指手动启闭阀门），此时的A软管与PVC透明管相通，向A管的漏斗中注满水，当软管A内水的高度h1时，记录此时弹簧弹力的大小F1；降低软管A的高度，观察弹簧弹力大小的变化，从而比较同一液体不同深度液体压强的大小；

3.打开排水口的阀门，排出PVC透明管内的液体，此时弹簧的形变量为零，只打开软管C的阀门，向软管C的漏斗中注满水，当软管C处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F2，比较F1、F2的大小，即F1=F2，从而得出液体压强的大小与容器粗细的关系。

4.打开排水口的阀门，排出管内的液体，此时弹簧的形变量为零，只打开软管D的阀门，向软管D的漏斗中注满水，当软管D处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F3，比较F1、F3的大小，即F1=F3，从而得出液体压强的大小与容器形状的关系。

5.打开排水口的阀门，排出管内的液体，此时弹簧的形变量为零，打开软管B和排水口的阀门，用酒精从软管B中灌入，洗涤整个装置，冲掉管内的水，使管中液体的成分为酒精，关闭排水口，向软管B的漏斗中注满酒精，当软管B处于高度h1时，记录此时弹簧的弹力大小F4，比较F1、F4的大小，从而比较同一深度不同密度液体压强的关系。

实验过程中保证注射器、PVC透明管、软管的气密性，尽量排尽仪器内的空气，弹簧测力计、注射器和PVC透明管应保持在同一水平面，同一高度。

本申请探究液体压强的可视化装置利用弹簧测力计、注射器、漏斗、PVC透明管、手动启闭阀门和软胶管等材料设计的可视化教学装置，展示的现象直观明显，并且操作方便、能定量探究液体的压强。

本申请的实验原理和教学意义：

在液体容器底、内壁、内部中，由液体本身的重力而形成的压强，我们称之为液体压强，液体压强的定义式为 P=ρgh，由于F=PS，F=k*△x，因此对于P的测量值，可以得到P=F/S，即液体压强是弹簧弹力大小的1/S倍。

实验时，打开连接PVC透明管与软管A之间的阀门，当软管A注不同水时，随着水的高度的增大，弹簧（弹簧测力计）的形变也随之增大由此可知，可以让学生了解和比较同一液体不同深度的液体压强大小；软管B中可盛放酒精等溶液，对比软管A、B同高度时，比较弹簧弹力的大小，从而可以让学生了解和比较不同液体同一深度的液体压强大小；软管C可为底面积不同的管子，软管D可为形状不同的管子，分别实验与软管A控制同溶液，比较弹簧弹力大小，从而可以让学生了解得出液体压强的大小与容器粗细、形状等无关。

具体求解过程如下：

1.受力面积 S 的求解：注射器的规格为 Vml，即容积为 Vml。用刻度尺测量出注射器上有标度这部分的长度，利用体积公式 V=S*L，即可计算出注射器活塞的受力面积。

2.溶液高度 h 的求解：注射器与PVC透明管的直径相同，活塞位于注射器的中心，因为弹簧测力计的中心与活塞的中心在同一水平面内，故液体的高度h等于注射器直径的一半+软管的高度。

3.弹簧弹力的求解：F=k*△x。

4.液体压强 P 的测量值为：P = F/S ，即液体压强是弹簧测力计大小的 1/S。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明，除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

上列较佳实施例，对本实用新型的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：包括可移动的底板和竖直设在底板后侧部的立板，所述底板的侧部设有分别与底板、立板垂直的侧板，所述底板上水平固定设有注射器和与注射器出液端连通的且水平设置的PVC透明管，所述PVC透明管上开设有若干个开孔，各开孔上分别连接有与立板相贴接的软管，所述软管上靠近PVC透明管的位置上连接有手动启闭阀门，所述PVC透明管上远离注射器的一端连接有带有手动启闭阀门的软胶管；所述注射器的活塞柄端头与弹簧的第一端相连接，弹簧的第二端抵接在侧板上，所述注射器的活塞柄上垂直设有指针，所述立板上设有与指针对应的刻度。

2.根据权利要求1所述的探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：所述PVC透明管上开设有四个开孔，在开孔上连接有四个软管，四个软管分别是第一软管、第二软管、第三软管和第四软管，其中第一软管和第二软管的形状和管径相同，第三软管的管径较第一软管、第二软管的管径大，所述第四软管为中间粗两端细的软管。

3.根据权利要求1或2所述的探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：所述软管的上端部均连接有漏斗。

4.根据权利要求1或2所述的探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：所述弹簧为弹簧测力计。

5.根据权利要求1或2所述的探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：所述弹簧套设在透明管体内，该透明管固定在底板上，在注射器活塞柄端头的推动下弹簧在透明管体内滑移。

6.根据权利要求1或2所述的探究液体压强的可视化教学装置，其特征在于：所述手动启闭阀门为夹子。