將一張白紙蓋在裝滿水的杯口,你猜把杯子倒過來會怎樣?
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文:科學奶爸 | 視頻:科學奶爸
BGM:Summer(久石讓)
小朋友及大朋友們,晚上好!又到了今天的【科學大發現】時間了,我們的口號是「小實驗大科學」。現在,你們準備好和我一起探索神秘的科學世界了嗎?讓我們變身科學小偵探,開啟今天的科學任務吧!
領取任務卡
【今日任務】探索大氣壓的神奇力量。
【問題分析】杯子倒立但紙片不動,必然受力平衡。紙片受到兩個豎直向下的力:自身重力+杯內水的重力所施加的壓力。因此,紙片必然還受到與這兩個力大小相等方向相反的另外的力。初步分析應該是水的表面張力形成的拉力與大氣壓力。我們通過實驗來驗證吧。
【課程目標】培養發現、分析、解決問題的能力,建立科學理性的思維方法。
實驗所需材料
敞口玻璃杯1個、白紙1張
實驗操作步驟
1.往玻璃杯中倒滿涼水,確保水面略高於杯口。
2.將白紙蓋住杯口,並讓水充分浸濕紙片,避免杯口與紙片之間有空隙。
3.將杯口朝下倒立,觀察紙片的情況。
現象及原理分析
通過實驗我們發現,儘管水杯倒立過來,但紙片彷彿被吸在杯口,紋絲不動。
根據我們剛才的分析,紙片此時處於受力平衡狀態。紙片受到自身重力以及水杯內水的重力對它形成的壓力,這兩個力形成一個方向豎直向下的合力F1。根據我們之前探討過的水的表面張力(參考實驗:今日實驗|漂浮的繡花針、今日實驗|一毛錢硬幣到底能容納多少滴水?),紙片受到一個向上的拉力。由於紙片處於大氣中,所以紙片還受到大氣壓力,這個大氣壓力豎直向上,與拉力形成一個合力F2。F1和F2大小相等、方向相反,所以受力平衡。由於紙片受到水的表面張力影響,與杯口緊密接觸完全閉合起來,所以紙片持續保持受力平衡,自然就把水擋在杯子里,水不會漏下來。
實驗注意事項
水面要略高出杯口,且需要等水完全將紙片浸濕,並適當用手將紙片壓實,可以提高試驗成功率。實驗中避免使用燙水,避免實驗失敗燙傷。實驗過程需大人全程陪伴,不能讓孩子單獨操作,確保安全。
免責申明:科學實驗含一定的操作風險,請家長陪同孩子嚴格按照實驗步驟操作並仔細留意本實驗注意事項,實驗過程中發生的任何安全事故,與魔力科學小實驗公眾號無關。
今日互動及思維創新?
如果杯子里有空氣,或者裡邊有冰塊,對實驗結果會有影響嗎?為什麼?文章底部留言探討吧
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