《中学物理实验研究》讲义(7)

17

击时很慢，在第一种情况下报纸还是要被挑起，木条也不会折断。当然，覆盖了报纸，木条更易折断。报纸的作用，仅是增加了木条在桌面上的那一部分向上运动时所遇到的阻力。

至于木条为什么会被折断，请大家在看了（或做了）上述的三个对比实验（二次快打，一次慢打）之后，自己分析解释。一个关于大气压力的实验及解释。 例2：关关于大气压力的实验及解释。

有一道习题：取两个粗细相差很小的试管，在大试管里装满水，把小试管底朝下放在大试管里。把这种装好的两个试管倒过来，就会看到大试管里的水漫漫流出，同时小试管自动上升到大试管里，解释这个现象。

不少教学参考资料中解释说：小试管在大气压的作用下渐渐升至大试管的顶端。做这样的解释也许出于这样的考虑：小试管顶端在水中，水对顶端的压力（压强）由小试管顶端到大试管顶端这一段距离的水柱所决定，它远小于大气压力。因此，小试管的上升主要由小试管在水外的各玻璃壁受到的大气压力所决。

小试管的上升是否是由于大气压作用的结果呢？

假定在两试管倒过来的一瞬间成如图所示的情况（这时刻，水和小试管还基本处于静止状态）。我们取小试管为研究对象，小试管主要受到三个力：重力G、向

上的大气压力F1＝p0S（P0为大气压强、S为小试管外径截面积）、水对小试管顶部外壁的向下的平均压力F2＝pbS（pb为小试管顶部外壁所受平均压强，可以认为是b点的压强）。小试管所受向上的合力为：

F＝F1－F2－G

式中，G和F1是恒定的，而F2（pb）是随实验条件而变化的。

若开始时细试管插入粗试管水中的深度是h。那么，只要水是静止或流速很小，可以认为这时大气压强在水中传递的过程中压强的大小不变，而且各向同性。因此，小试管顶部b处的平均压强为：

pb＝pa－ρgh＝p0－ρgh

因而，

F2＝（p－ρgh）S

由此得到向上的合力的大小为：

F＝F1－F2－G＝ρghS－G

由上式可知，在两试管倒过来的这一瞬间，如果ρghS>G，则F>0，小试管就要向上运动；如果ρghS

18