资源简介

(共27张PPT)
第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机
第9章 压 强
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一、项目提出
在生产和生活中，人们常用抽水机将水从低处抽到高处。其中有一种活塞式抽水机(如图1)，利用人力反复提压手柄就可以抽水。
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对于很多80 后的父母，活塞抽水机是童年记忆的一部分，上世纪八九十年代，活塞式抽水机曾是农村家家户户必备的取水工具，当时自来水不是很普及，为了方便饮水，很多农户都会在院子的合适地方打一口井，并安装一台活塞式抽水机。人们只需用手上下提压摇杆，就能将地下水抽上来，方便实用。同学们对活塞式抽水机既陌生又好奇，想不想自己动手制作一台简易活塞式抽水机来抽水呢？
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追溯起源
古希腊人克特西比乌斯(公元前285-222年)发明的压力泵是一种最原始的活塞泵。主要用来生产水柱以及从井口汲水。如图3所示，汲酒器最早出现在战国时期(公元前476年—前221 年)，利用了大气压原理，具有汲取和移动水、酒等液体的功能。中国古人利用大气压原理设计的珍贵文物，比马德堡半球实验早了大约两千年！
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二、项目分析
要制作简易活塞式抽水机，你需要完成以下任务。
(1)了解活塞式抽水机的结构(如图2)：它是由圆筒、活塞、单向阀门(上阀门和下阀门)、进水管、出水管和摇杆等组成的。
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(2)理解活塞式抽水机的工作原理：
活塞式抽水机是利用活塞的往复运动及大气压的共同作
用把地下水从低处抽到高处的。我们自制的简易活塞式
抽水机就是根据此原理制作的。
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拓展提升
活塞式抽水机又叫吸取式抽水机(或压水井)。
科学素养
让孩子像科学家一样思考问题，像工程师一样解决问题。
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活塞式抽水机的工作原理示意图如图4 所示：
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①吸水过程：如图4 甲所示，当活塞通过连杆向上运动时，活塞与水面接触处压强较小，在大气压的作用下，活塞上的阀门A 关闭，井水强行推开圆筒下端的阀门B，水被压入圆筒。
②提水过程：如图乙所示，当活塞通过连杆向下运动时，圆筒下端阀门B 被其上面的水强行关闭。活塞上的阀门A 被其下面的水强行打开，活塞运动到圆筒下端，水进入圆筒的上部。
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③出水过程：如图丙所示，当活塞通过连杆再次向上运动时，活塞与水面接触处压强较小，在大气压的作用下，水强行推开圆筒下端的阀门B，水又被压入圆筒内；而阀门A 在活塞上面水的压力作用下关闭，活塞上面的水随着活塞一直向上运动，通过出水管流出。如此反复提压活塞，水就会源源不断地流出。
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拓展提升
由此可见，吸水过程是整个过程的基础，提水过程是吸水过程的重复和量的积累，出水过程是提水过程量的积累达到一定程度时质的飞跃，是提水过程的必然结果。
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深度思考 不费1 度电，连续上下提压摇杆，活塞式抽水机就能抽出水，你知道活塞式抽水机的工作原理吗？
深度理解
活塞式抽水机是利用大气压的原理工作的。
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(3)设计一台简易活塞式抽水机：
简易活塞式抽水机模型，如图5。
(4)选择材料，完成制作：
材料：塑料瓶、瓶盖、泡沫垫、雪糕棒、小木棍、吸管、弹力球、带盖的塑料盒、塑料管、塑料片、针管。
工具：热熔胶枪、美工刀、迷你手电钻、剪刀。
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[青岛市北区期末] 如图6 所示为活塞式抽水机的工作原理示意图，它是利用_______来抽水的，图中提起活塞时，阀门_______关闭，大气压迫使水推开阀门_______ ，进入圆筒。
例 1
大气压
A
B
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解析：活塞式抽水机是利用大气压工作的。提起活塞时，阀门A 受到大气压的作用而关闭，活塞B 上方气压减小，在大气压的作用下，地下的水推开阀门B 进入圆筒；活塞下压时，活塞中的水压下阀门B，使其关闭，同时推开阀门A 进到活塞上面；再提起活塞时，重复前面过程，同时活塞上面的水随活塞的上移从出水管流出。
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1.[中考·成都]如图，可以用吸管“吸”取杯中的饮料，下列现象中，“吸”的物理原理与其相同的是( )
A. 公路旁用隔音墙“吸”收部分噪声
B. 大树通过根从土壤中“吸”取养分
C. 化学实验中用胶头滴管“吸”取药液
D. 用丝绸摩擦过的玻璃棒“吸”引纸屑
C
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三、项目实施
制作步骤
(1)将塑料瓶底剪掉，如图7 A。
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(2)在瓶盖中间钻孔，并在其底部固定一张中间钻孔的泡沫垫，如图B、C，将塑料片的一边黏在瓶盖上，使塑料片能盖住小孔，作为一个阀门。
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(3)在雪糕棒两端钻孔，作为吊杆。将吊杆置于小木棍中间并固定在瓶盖上，如图8 D、E。
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(4)制作撬杆的支撑臂并固定在塑料瓶上端，如图F。
(5)制作撬杆的摇臂并固定在支撑臂与吊杆上，如图9 G、H。
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(6)在塑料瓶中间偏上部位钻个孔，并固定一节针管外筒作为出水口，如图I。把弹力球放入塑料瓶当作阀门。
(7)将塑料瓶穿过塑料盒的盖子，并在末端连接一段塑料管作为进水管，如图10 J。往塑料盒中倒入适量清水后，提压摇杆，就能将水抽上来，如图K、L。
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注意事项
(1) 使用热熔胶及其他工具时，务必注意操作安全。
(2) 硬塑料圆筒尽可能选用透明的，以便演示时可观察到其内部情况。
(3) 制作活塞时，泡沫垫要剪得尽可能圆些，其直径应比硬塑料圆筒的内径略大些。
(4) 活塞上的阀门和圆筒下端的阀门只能向上开启。为了加强阀门的密封性，取水前先往圆筒内灌少量水。
(5) 使用活塞式抽水机取水时，它最多可以把水抽高10 米左右。
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四、展示交流
1. 成果展示 学生用自制活塞式抽水机取水。
2. 交流评价
你在制作的过程遇到了哪些问题？
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[深圳龙岗区期中] 出土于战国时期墓葬的竹节柄铜汲酒器，是我国目前发现的最早利用大气压原理的青铜器，比马德堡半球实验早了近两千年，如图11 是该汲酒器取酒过程的示意图，
长柄上端与球形底部各
开一小孔a、b。
例 2
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当汲酒器插入酒缸中时，汲酒器和酒缸就构成了一个______，汲酒器中装有酒水后，用拇指轻轻压住方孔a 并向上提起汲酒器，汲进之酒毫无滴洒，这是由于______的作用。松开拇指，酒在______的作用下缓缓流出。
连通器
大气压
重力
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解析：当将汲酒器插入酒缸中时，汲酒器和酒缸就构成了一个连通器；汲酒器中装有酒水后，用拇指轻轻压住方孔a 并向上提起汲酒器，汲进之酒毫无滴洒，这是由于大气压的作用；重力方向是竖直向下的，因此松开拇指，酒在重力的作用下会缓缓流出。
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2. [许昌期末]入夏以来，许昌地区干旱少雨，为了缓解旱情，农民采用抽水机抽水灌溉。抽水机有很多种，如图是一种活塞式抽水机，它最多可以把水抽高______米。( p大气压=1.0 × 105 P a ，g 取10 N/kg)
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