滴水實驗裝置圖

Ⅶ 製作一個滴水裝置用來記錄時間，該裝置必須符合哪些條件

用水測量時間教材分析：這是時間的測量單元的第三課。從教材編排看，本單元體現了人類測量時間從粗略到精準的過程，本課和下一課《我的水鍾》處在用太陽光影測量時間和用鍾擺計時之間，是人類計時發展史的認識的重要環節。本課和下一課共同構成這一環節，本課認識水鍾計時的原理，下一課利用這個原理創造（設計、製作）一個水鍾。本課教材陳引言外分為兩部分：第一部分「古代的水鍾」有兩個活動：第一個活動觀察認識古代的水鍾，以看圖的方式認識；第二個活動對古人用水鍾計時的原因的推測，（同時有學生的經驗也可能產生這樣的問題「水鍾製作必須解決什麼問題」；）由此引出下一個環節。第二部分「滴漏實驗」有三個活動：第一個活動通過反復滴漏一定量的水認識「在一定條件下滴漏一定量的水用的時間是相同的」；第二個活動推測並驗證用同樣的裝置（和第一個活動一樣）滴漏一定量的水（10ml、50ml）需要的時間，進一步認識第一個活動獲得的認知；第三個活動推測推測、觀察滴漏完全部300ml的水需要的時間。由第三個活動學生可以發現滴漏萬的時間和我們的推測時間案有差異，並且，學生也會發現滴漏中的一些現象：水位高，滴得快；水位低，滴得慢。由此，可以使學生產生新的問題：怎樣控制滴漏的速度一樣？這是教科書中54頁「水鍾製作必須解決什麼問題」的答案，既可以作為遺留問題是學生思考、解答，以促使學生解決問題能力的發展；也可以讓學生再次仔細觀察古代水鍾研究古人解決的辦法，以產生對古人智慧的崇敬之情，我們做後一種處理，因為學生有強烈的了解古人解決方法的願望。教材中56頁最後兩段是基於第三個活動能夠的一個拓展，目的在於進一步認識「在一定條件下滴漏一定量的水用的時間是相同的」，由於提供的材料不會產生水流的現象，所以可作為課外學生的一個興趣探究，在課堂予以忽略。學生情況預計通過「太陽鍾」的認識，學生已發現光影之所以能用來計時，是因為他們的運動時有規律的，學生已有初步的「有規律的運動的事物可以用來計時」的意識。並且，學生可能也會產生夜間計時方法的思考。學生在日常生活的經驗中對水流和滴水有一定的認識，可能會有部分學生知道水位高低會影響水流的速度或滴水的速度；滴漏孔大速度快，孔小速度慢。五年級的學生具有一定的科學探究能力，如仔細觀察的能力，根據現象作出一定解釋或推測的能力，試驗的能力等，學生也具備測量水量的基本技能；這些將有助於學生認識用水計時的原理。教學目標科學概念：在一定的裝置里，水能保持以穩定的速度往下流，人類根據這一特點製作水鍾用來計時。過程與方法：記錄100毫升水緩慢流完需要多少時間；根據記錄推測流10毫升、50毫升、300毫升分別需要多少時間；情感、態度、價值觀：認識到實驗觀察的重要性；激發研究用水計時的探究興趣。教學准備每個小組一個鐵架台、能裝300ml水的塑料瓶子（瓶蓋打孔：學生打孔可能存在孔過大的現象；統一打孔也可保持孔大小一致）、一個量筒、裝300毫升水的燒杯、秒錶，毛巾一塊。鐵架台用於固定塑料瓶子，以消除手持瓶子不穩定對水滴漏的影響；燒杯用來盛裝實驗後的水，用後可再次倒入塑料瓶子，以減少實驗用水量。不提供記錄單，記錄在書上相應位置，方便學生研究。教學中應例外提示學生的事項1、 固定瓶子的方法2、 實驗後的水，用後可再次倒入塑料瓶子，以減少實驗用水量。3、 秒錶的使用方法教學重點：通過滴漏實驗認識水鍾計時的原理教學難點：水位高低不同對滴漏速度的影響引起的學生的困惑教學過程設計思路這節課是典型的學生產生問題，然後經由實驗觀察現象解決問題的過程。先由學生觀察圖片-古代的水鍾，產生水鍾用什麼原理計時這一問題，然後由學生觀察滴漏現象，認識水鍾滴漏計時的原理。重點放在滴漏實驗觀察上。在滴漏實驗觀察中，可能會出現滴漏速度不一的情況，要求學生注意裝置的一致性。學生在座300ml的實驗中，會有疑問產生，這也是一個難點，通過學生討論來突破這一難點。教學流程教師和學生活動意圖關注引入教師：我們知道了利用太陽光和影子有規律的變化來計時，但是夜晚沒有陽光的時候人們也利用了各種各樣的方法來計時，比如用燃香、沙漏等辦法，人們也利用水來計時。古人是怎樣用水計時的呢？由教師的介紹引發對水計時的認知興趣學生的課外經驗和知識對意圖的干擾看圖認識古代的水鍾教師：我們看看書上54頁的三個水鍾，想想這些水鍾是怎樣計時的。學生觀察並在小組內討論。初步認識古代的水鍾，對水鍾的計時原理有一個初步的想法學生是否認真觀察和思考及學生的經驗討論：水鍾計時的原理學生簡單交流自己的初步想法，也可提出自己產生的新的疑問。引出下一環節不可讓討論展開，適當控制。滴漏100ml水所需時間的觀察A、教師：我們用實驗來研究一下水鍾是根據什麼規律來計時的。B、介紹實驗方法和注意事項：1、介紹材料並介紹材料用途，詳細介紹鐵架台固定瓶子的方法和秒錶的使用方法2、實驗多做幾次，每次都要求記錄在書上55頁上方圖的左方，方法為：1： 2： 3： 。。。。。。3、一次實驗後的水，再次倒入塑料瓶子，可保證各次實驗一致，並且可以減少實驗用水量C、學生實驗、記錄D、小組分析實驗結果，初步得出規律E、全班交流得到的規律認識水鍾的計時原理：在一定的裝置里，水能保持以穩定的速度往下流，學生多次實驗中裝置的設置是否一致學生實驗中計時的准確性預測及驗證滴漏10ml、50ml水所需時間的觀察A、教師：我們知道了在一定的裝置里，100ml的水流完的時間是一樣的，那麼我們能不能推測用我們剛才實驗的裝置流完10ml、50ml所用的時間呢？B、學生推測C、教師：我們用實驗驗證一下我們的推測。介紹注意事項：1、實驗裝置和剛才測100ml流完的裝置完全一樣2、記錄在教材55頁中間空白處，方法為：10ml： ， 50ml： ， 逗號前計預測，逗號後記試驗結果。D、學生實驗並記錄E、全班交流：和我們的推測一致嗎？這說明什麼？進一步認識水鍾的計時原理：在一定的裝置里，水能保持以穩定的速度往下流，學生實驗中裝置的設置是否和滴漏100ml一致；學生實驗中計時的准確性預測及驗證滴漏300ml水所需時間的觀察A、教師：我們來推測一下漏完300ml水所需要的時間，並用剛才的方法驗證一下，這次要求特別注意滴漏的過程。葉和剛才記錄的方法記錄在50ml的後方。B、學生實驗、觀察C、學生交流並嘗試解釋這種現象。E、教師根據學生的解釋作講解，可能會有學生說到孔的大小一個影響滴漏速度，此時應加以說明。F、教師：這該怎麼解決呢？古人有是怎樣解決的呢？建議大家在仔細看看古人的水鍾。G、、簡單交流學生的看法，也可根據學生情況作簡單介紹。了解水位對水鍾計時的影響及古人的解決之法學生的生活經驗和已有知識由困惑產生的解決問題的慾望學生產生的困惑的解決小結教師：我們認識了水鍾計時的原理，這種方法計時不僅可以計夜間的時間，而且，也比用太陽鍾計時要准確，這是人類計時上的一個巨大進步，它比太陽鍾的出現晚了一百多年。你們想不想自己做一個水鍾呢？下次科學課我們就做一個水鍾，大家可以設計一下自己的水鍾。激起製作水鍾的願望學生是否有製作水鍾的願望

Ⅷ 水是人類最寶貴的自然資源，多一滴水，就可能多一條生命．（1）小明利用右圖所示的裝置探究水的組成．通

（1）由實驗裝置圖所示，試管A中氣體氫氣是試管B內氣體氧氣體積的2倍；通過電解水的實驗說明水中含氫、氧兩種元素；
故答案為：2：1；水是由氫氧兩種元素組成；
（2）①a．常用肥皂水來檢驗硬水；b．生活中常用加熱煮沸的方法降低水的硬度；c．過濾後觀察發現，濾液仍然渾濁．可能的原因有濾紙破損或濾液高於濾紙；
②水體富營養化造成該現象的原因可能有A．化學肥料流失到河中；B．排放的生活污水中有含磷洗滌劑；C．人畜的糞便流失到河中等．
③愛護水資源做法可行的有A．洗臉、刷牙時隨時關閉水龍頭；B．用洗菜、洗衣的水沖廁所、拖地；D．用殘茶水澆灌某些花卉．
答案：（2）①肥皂水；加熱煮沸；濾紙破損；
②ABC；
③ABD．

Ⅸ 請教一下開爾文滴水起電的實驗怎樣才能做成

問題.1
開爾文滴水器
任何沒有看到過「神秘的開爾文滴水器」工作的人都很難理解一個原始的「對稱」裝置可以僅僅靠它自己發展成很不對稱的情形。畢竟，它的左邊和右邊看起來沒有差別，可是實際上當看到火花時左邊收集的水和右邊收集的水有很大的電勢差。簡單的回顧之後至少有一點已經很清楚了，為了使兩邊的電勢差較快增長，下落到左邊杯子里的水必須攜帶相對於右邊杯子里的水為負的電荷。一旦我們接受（理解）了這些，正如假定的，落到左邊杯子里的水帶負電，落到右邊杯子里的水帶正電。我們很快就會明白導體（B,D）系統所帶負電荷和導體（A,C）系統所帶正電荷不同，當累計達到放電的臨界電位值（約為3*106V/m）時就會有電火花出現。留下來的疑問是水是怎樣，又是從哪裡得到電荷的。為什麼水的流動會使裝置一邊帶負電而另一邊帶正電？
主要的活動集中於水流出的出口處。為了說明在那裡發生的事情，我們假設柱體A上部事件發生順序如下：
1. 由於一些微小的擾動，柱體A得到一個微小電荷，我們假定它是正的。如果出口附近沒有水，上部的電場看起來就會如（a）所示（注意，它們主要沿著柱口軸上行）。
2. 水中有OH-離子和H+離子。如果水是純凈的，則它的PH值為7，即每摩爾水有1/107將分解為OH-離子和H+離子，由於外加場（如圖a）H+離子將會上升，OH-將會下降。這樣就像外加場一樣有了感應電荷，電荷的分布如（b）圖。我們只畫了一小滴，但是水流中分離的電荷的工作原理都和它是一樣的。
3. 把水看成單獨的水滴的總和。由圖（b）可以看出當水滴下落打散後，上部的一些極化電荷（正電荷）將留在出口處。這樣，分散的水滴就帶上了負電荷。
4. 下一步就是圓柱B上正電荷的自動角微擾（下落的負電荷通過（B,D）到達D）,B端微擾場的電場線的方向是逆向的（如圖a）。圓柱B中分散下落的水滴將帶正電荷（與A
中下落的水滴電荷相反），右邊出口留下的電荷當然就是負的。
這就是一個靠外在控制而自己運行的過程。微擾越來越大，直到「灰塵相撞」（這里指空氣被擊穿）。這是一個成功利用了物理不穩定性的一個「活動的」例子（物理界有很多不穩定性的微擾：水斡旋，實驗室利用等離子體的不穩定性成功融合金屬，太陽內部的不穩定性，地球核心的火花等）。
有時候看起來不穩定的增長好像會否定能量守恆定律，但這里肯定不是這種情況。能量的另一種形式是通過流動供給不穩定性增長所需。在「開爾文水滴」中它的重力勢能給機器提供能量。
另外的兩點用來完善這個故事：
1. 從給A一個正的微小電荷開始，至（A,C）系統帶大量正電荷結束，假設初始微擾由負電荷引起，上述過程中不會有太大變動除了（A,C）和(B,D)交換。由於初始微擾的隨機性，我們無法預知哪個容器里的是負電荷。但是一旦由負電荷開始，只要有水流，它將一直保持下去。因為火花並不改變系統的狀態。可是，當第二天我們又開始時A就是帶正電荷了。
2. 從兩玻璃管下方流出的電荷流速是多少？由於它們的符號相反，故導管中的水不帶電。但是導管的水中有電流。如果導管和液體絕緣性都很好，這個機器將無法工作，導管出口處剩餘的電荷將無法移動（沒有電流從導管的一個口到另一個口通過液體或導管）。液體中分立的電荷將會很快集中到一處（為什麼）。所以，導管和液體都必須有導電性。
問題4.2
電流環路所受的力
教材27-12
如圖，建立z軸，z軸正方向指向磁場上方。一段電線所受的磁場力可由教材Giancoli方程27-4（691頁）計算。由於磁場垂直於電線，所以有： 方向如圖所示
因為這是個水平面上的問題，故我們可以將電線迴路看成一個整體，則只能得出z方向的力（任何其它方向的力都會與相反方向的一段所受的力的分量抵消）。所以要計算迴路所受的力，只需將各部分在z方向的分量積分即可。由圖可知，一段電線受力在z方向的分量大小 ，方向指向z負方向。故電線受到的合力為：
（最後一步利用幾何知識消去θ）
問題4.3
電子所受洛侖茲力
教材27-20
一個帶電粒子在磁場中所受的力可由洛侖茲定律（Giancoli教材692頁方程式27-5a）求解。計算笛卡爾（直角坐標）坐標中分量的叉乘，有：
問題4.4
電子的螺旋運動
教材27-29
象教材Giancoli中的例題27-5（694頁）一樣，我們將速度分解為垂直於磁場分量和平性於磁場分量。45°方向速度磁場中的分量為
⊥v 使粒子在（教材中例子27-4（693頁））圓運動中上升，因此我們可以求出運動圓周的半徑：
運動一周所需時間由Giancoli方程式27-6（694頁）給出：
電子在平行於磁場方向的速度恆定為v//，因此在T時間內它走過的路程為
問題4.5
電動機轉子線圈的力矩
教材27-33
利用Gancoli方程式27-12（696頁）求磁場的勢能（用磁場的物理量表示）：
（由N圈線圈圍成的矩形迴路（面積是a*b）中的電流是I，則磁矩μ=NIab）。
（a）
（b）
問題4.6
質譜儀
教材27-49
一個帶電量為q的離子從靜止開始，通過電壓V加速後獲得的動能K=qV，然後再進入磁場B區域，這時它受到一個與它速度垂直的力而做圓周運動，但它的速率和動能不改變。牛頓第二定律指出了磁場中的粒子所受的力與它的向心加速度的關系，因此可得：qVB=mv2/R，將它與K=1/2mv2聯立可得：K=q2B2R2/2m，由此可求得：m=qB2R2/2V。
問題4.7
氘核在迴旋加速器的加速運動
教材44-10（1137頁）
（在解決這個問題之前，建議你們看一看Giancoli116頁電子迴旋加速器部分內容。）
（a） 在問題4.6中我們得出帶電粒子在迴旋加速器中動能的表達式：
離子只有一個質子，電荷為+e，它的質量可以在Giancoli教材附錄D中查出（以原子質量為單位）：
（嚴格的說，我們應該將歸到氘核質量中的一個電子的質量減去，但對我們的工作沒有影響）
我們希望粒子在出口半徑為1.0時的動能為10MeV=1.6*10-12J，這樣我們可以解出磁場強度：
（如果你用K=1/2mv2求出相應速度，你會發現cv1.0≈，其中c是光速。所以如果粒子能
量很高，我們應該應用課程中相對論理論中的能量和速度關系求解）
（b） 電壓變化的頻率就是電子迴旋加速器的頻率（參見教材1116頁方程式44-2）
（c） 氘核帶一個電子的電量，所以當它通過22KV得電壓後，它得到22KeV的能量。在一次繞轉過程中它兩次通過該電壓間隙，再由給出的粒子最後的能量10MeV我們就可以計算出它軟轉的次數N:
（d） 每次擾轉所需時間T=1/f（f是（b）中電子的頻率）。因此氘核從開始進入到跑出來所需總時間是Δt=NT=N/f=4.6*10-5s。
（e） 氘核每一次完整的繞轉之後獲得的能量為ΔK=2*22KeV=7.0*10-15J。進入迴旋加速器後的t時刻它將轉過t/T=tf轉。由於粒子在離開迴旋加速器之前要在其中轉很多圈，我們將它的能量近似為一個關於時間的光滑函數，而不是一個間隙跳躍的函數。這樣，我們可得到以下的能量關系（其中氘核的速度是時間的函數）：
為求出氘核在迴旋加速器中的總路程，我們可以將速度在通過的軌道的總時間范圍內積分獲得：
消去t和f（K/K=N）可得到以下結果 ΔΔ
問題4.8
導線迴路所受的力
教材28-14使用安培定律（28-4節及28-1節）
（為方便起見，我們用下圖中的a,b,c,I,代替問題中的物理量）
由電流通過的導線迴路所受的力由它上方無限長直導線的磁場決定。由Giancoli710頁28-1和712頁28-4部分可知磁場大小：
其中r是所求點到直導線的垂直距離。應用右手定則（參見Giancoli689頁27-9（b）部分圖表）可知：在矩形框內部的磁場方向指向紙面內部（如圖），因此我們可計算矩形框所受的力：
（參見Giancoli691頁方程式27-4）
對於導線上邊線的一小段導線，B垂直紙面向里，Idl向右，因此dF的大小是IdlB。根據右手定則它指向上方，又由於導線上邊線部分B的值大小恆定為，所以上邊線所受的力：
（方向指向無限長直導線）
對於下邊線，Idl指向紙內部，所以dF大小為IdlB，方向向下。B的值為，因此下邊線所受的力：
（方向指向遠離無限長直導線）
左右邊線一起考慮。考慮兩獨立的Idl』，一個在左邊線上，另一個在右邊線上，長度一樣，到無限長直導線的距離也一樣。電流構成迴路有一個好處是左邊線電流方向向上，同時右邊線電流方向向下（從直導線來看），所以左邊線所受的力（向左）被右邊線所受的力（向右））抵消，迴路所受的合外力dF』為零。線圈總的合外力是
=2.6*10-6N
方向指向直導線
問題4.9
畢奧薩法爾定律的應用（Giancoli28-30）
如圖，首先考慮圓弧上一小段dl，畢奧薩法爾定律（Giancoli719頁方程式28-5）給出這一小段在C點的磁場：
對於兩段圓弧（內弧和外弧），rˆ都是從小段指向C點的單位矢量，對於內部弧r=R1，Idl垂直於rˆ沿弧線指向左。所以弧上的這一小段對C點磁場的貢獻是： ，
垂直紙面指向外（方向由右手定則判定）。 的表達式沒有用這一小段所對應的角位置表示，為了得到內部弧對C點磁場的總的貢獻，我么要對dl進行簡單積分（總的弧長為R1θ）可得：
方向垂直紙面指向外
外部弧的分析與內部弧相似；R1R2，Idl沿弧線指向右。稍微改動上述結果可得： →
方向垂直紙面指向里
最後，考慮沿這任意直線邊的一小段，Idl與指向C的位移矢量平行，故。這樣弧線若變成直線則它對C點的磁場無貢獻。 0ˆ=×rIdl
C點總的磁場強度（記著1/R1>1/R2）： 垂直紙面指向外