惯性抽水机

引入背景：

在生活中，要想把水从低处抽到高处必须使用抽水机，即要通过电动机来带动水泵转动。但这必须要用电，要通过电流来做功才能实现能量的转化，如果没有电我们就无法抽水了。那么，能否不用电，也能把水从低处抽到高处呢？

实验器材：

一桶水，一根内径2cm左右、长50cm左右的两端开口的硬管子（塑料和金属的均可）。

实验步骤：

（1）用一只手拿住管子将其竖直（基本上竖直就行了）放入水桶中，下端一定要插入水面以下（稍微插入水面下一点就行了）。另一只手的手掌放在管子的上端开口处，当做开关使用，如图18所示。（2）拿管子的手快速将管子往下插，同时另一只手的手掌打开（即不要堵住管口）让管口与外界的大气相通，当管子插到底或快要插到底时迅速将管口堵上，然后又在堵住管口的情况下将管子往上提起（提起管子的速度不一定要好快），注意在提起管子的过程中千万不要将下端的管口提离水面。（3）将管子快速插下，同时将管口打开，同样快插到底时又将管口堵上。（4）以后不断重复（2）和（3）的动作，观察重复多次后有什么现象发生。

图18

实验现象：

重复多次后，我们可以看到，在向下压入管子的一瞬间有水从上端的管口与手掌间喷出，而且喷出的水还有一定的压力，就跟我们平时用来喷花或理发店用来喷头发用的那种小喷雾器一样，非常神奇！

原理剖析：

此实验主要是利用了惯性，然后借助大气压把水抽上来的。具体分析如下：

当第一次将管子插下去时，根据连通器的原理，管子内外液面相平，当用手掌堵住管口（管内上部分气体与管外隔绝）向上提起管子时，管内液面上方的空气体积变大，压强减小，所以外面的大气压就会将桶中的水压一点到管内，这样管内的水面就比管外的水面高一点，即相当于抽了一点水到管子里面去了。当第二次打开上端的管口，并快速向下移动管子时，由于惯性，管子里面高出管外的那部分水将保持原位置不动，而管内水面上方的空气又与大气相通，即上方气压又与外面的大气压相等。当第二次堵住管口又向上提起管子时，管内上方的空腔部分体积又增大，压强又减小，如果这部分空气的压强加上高出管外的那部分水柱产生的压强小于外界大气压，那么大气压又会将桶中的水压一点到管内。如此反复地操作，管子内的水面就会越来越高，最后将充满整个管子，这样当再次向下快速移动管子时，里面的水就高出了管口。这时如果我们的手掌只将管口留一小条缝隙，那水就会以一定的速度喷出管外，如图19所示。如果这时候我们连续重复前面的操作，那每插入一次，管子里面的水就向外喷出一次（这跟使用喷雾器时，按动一次开关，水就喷出一次一样）。

图19

说明：

（1）做此实验时，关键是在向下插入管子时，速度一定要快（充分利用惯性），向上提起管子时管口一定要密封好，不能与外界相通。（2）在向上提起管子时速度无限制，可以快一些，也可以慢一些。如果提升管子的速度快，那从开始操作到管口有水喷出的时间当然就缩短了。（3）此实验可以在讲惯性这部分内容时作为惯性的应用拓展来演示，可让学生对惯性产生浓厚的兴趣。当然在其他场合作为趣味实验来演示效果也许会更好。