資源簡介

(共27張PPT)
第4節 跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機
第9章 壓 強
感悟新知
一、項目提出
在生產和生活中，人們常用抽水機將水從低處抽到高處。其中有一種活塞式抽水機(如圖1)，利用人力反復提壓手柄就可以抽水。
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對于很多80 后的父母，活塞抽水機是童年記憶的一部分，上世紀八九十年代，活塞式抽水機曾是農村家家戶戶必備的取水工具，當時自來水不是很普及，為了方便飲水，很多農戶都會在院子的合適地方打一口井，并安裝一臺活塞式抽水機。人們只需用手上下提壓搖桿，就能將地下水抽上來，方便實用。同學們對活塞式抽水機既陌生又好奇，想不想自己動手制作一臺簡易活塞式抽水機來抽水呢？
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追溯起源
古希臘人克特西比烏斯(公元前285-222年)發明的壓力泵是一種最原始的活塞泵。主要用來生產水柱以及從井口汲水。如圖3所示，汲酒器最早出現在戰國時期(公元前476年—前221 年)，利用了大氣壓原理，具有汲取和移動水、酒等液體的功能。中國古人利用大氣壓原理設計的珍貴文物，比馬德堡半球實驗早了大約兩千年！
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二、項目分析
要制作簡易活塞式抽水機，你需要完成以下任務。
(1)了解活塞式抽水機的結構(如圖2)：它是由圓筒、活塞、單向閥門(上閥門和下閥門)、進水管、出水管和搖桿等組成的。
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(2)理解活塞式抽水機的工作原理：
活塞式抽水機是利用活塞的往復運動及大氣壓的共同作
用把地下水從低處抽到高處的。我們自制的簡易活塞式
抽水機就是根據此原理制作的。
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拓展提升
活塞式抽水機又叫吸取式抽水機(或壓水井)。
科學素養
讓孩子像科學家一樣思考問題，像工程師一樣解決問題。
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活塞式抽水機的工作原理示意圖如圖4 所示：
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①吸水過程：如圖4 甲所示，當活塞通過連桿向上運動時，活塞與水面接觸處壓強較小，在大氣壓的作用下，活塞上的閥門A 關閉，井水強行推開圓筒下端的閥門B，水被壓入圓筒。
②提水過程：如圖乙所示，當活塞通過連桿向下運動時，圓筒下端閥門B 被其上面的水強行關閉。活塞上的閥門A 被其下面的水強行打開，活塞運動到圓筒下端，水進入圓筒的上部。
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③出水過程：如圖丙所示，當活塞通過連桿再次向上運動時，活塞與水面接觸處壓強較小，在大氣壓的作用下，水強行推開圓筒下端的閥門B，水又被壓入圓筒內；而閥門A 在活塞上面水的壓力作用下關閉，活塞上面的水隨著活塞一直向上運動，通過出水管流出。如此反復提壓活塞，水就會源源不斷地流出。
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拓展提升
由此可見，吸水過程是整個過程的基礎，提水過程是吸水過程的重復和量的積累，出水過程是提水過程量的積累達到一定程度時質的飛躍，是提水過程的必然結果。
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深度思考 不費1 度電，連續上下提壓搖桿，活塞式抽水機就能抽出水，你知道活塞式抽水機的工作原理嗎？
深度理解
活塞式抽水機是利用大氣壓的原理工作的。
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(3)設計一臺簡易活塞式抽水機：
簡易活塞式抽水機模型，如圖5。
(4)選擇材料，完成制作：
材料：塑料瓶、瓶蓋、泡沫墊、雪糕棒、小木棍、吸管、彈力球、帶蓋的塑料盒、塑料管、塑料片、針管。
工具：熱熔膠槍、美工刀、迷你手電鉆、剪刀。
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[青島市北區期末] 如圖6 所示為活塞式抽水機的工作原理示意圖，它是利用_______來抽水的，圖中提起活塞時，閥門_______關閉，大氣壓迫使水推開閥門_______ ，進入圓筒。
例 1
大氣壓
A
B
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解析：活塞式抽水機是利用大氣壓工作的。提起活塞時，閥門A 受到大氣壓的作用而關閉，活塞B 上方氣壓減小，在大氣壓的作用下，地下的水推開閥門B 進入圓筒；活塞下壓時，活塞中的水壓下閥門B，使其關閉，同時推開閥門A 進到活塞上面；再提起活塞時，重復前面過程，同時活塞上面的水隨活塞的上移從出水管流出。
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1.[中考·成都]如圖，可以用吸管“吸”取杯中的飲料，下列現象中，“吸”的物理原理與其相同的是( )
A. 公路旁用隔音墻“吸”收部分噪聲
B. 大樹通過根從土壤中“吸”取養分
C. 化學實驗中用膠頭滴管“吸”取藥液
D. 用絲綢摩擦過的玻璃棒“吸”引紙屑
C
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三、項目實施
制作步驟
(1)將塑料瓶底剪掉，如圖7 A。
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(2)在瓶蓋中間鉆孔，并在其底部固定一張中間鉆孔的泡沫墊，如圖B、C，將塑料片的一邊黏在瓶蓋上，使塑料片能蓋住小孔，作為一個閥門。
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(3)在雪糕棒兩端鉆孔，作為吊桿。將吊桿置于小木棍中間并固定在瓶蓋上，如圖8 D、E。
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(4)制作撬桿的支撐臂并固定在塑料瓶上端，如圖F。
(5)制作撬桿的搖臂并固定在支撐臂與吊桿上，如圖9 G、H。
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(6)在塑料瓶中間偏上部位鉆個孔，并固定一節針管外筒作為出水口，如圖I。把彈力球放入塑料瓶當作閥門。
(7)將塑料瓶穿過塑料盒的蓋子，并在末端連接一段塑料管作為進水管，如圖10 J。往塑料盒中倒入適量清水后，提壓搖桿，就能將水抽上來，如圖K、L。
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注意事項
(1) 使用熱熔膠及其他工具時，務必注意操作安全。
(2) 硬塑料圓筒盡可能選用透明的，以便演示時可觀察到其內部情況。
(3) 制作活塞時，泡沫墊要剪得盡可能圓些，其直徑應比硬塑料圓筒的內徑略大些。
(4) 活塞上的閥門和圓筒下端的閥門只能向上開啟。為了加強閥門的密封性，取水前先往圓筒內灌少量水。
(5) 使用活塞式抽水機取水時，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 學生用自制活塞式抽水機取水。
2. 交流評價
你在制作的過程遇到了哪些問題？
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[深圳龍崗區期中] 出土于戰國時期墓葬的竹節柄銅汲酒器，是我國目前發現的最早利用大氣壓原理的青銅器，比馬德堡半球實驗早了近兩千年，如圖11 是該汲酒器取酒過程的示意圖，
長柄上端與球形底部各
開一小孔a、b。
例 2
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當汲酒器插入酒缸中時，汲酒器和酒缸就構成了一個______，汲酒器中裝有酒水后，用拇指輕輕壓住方孔a 并向上提起汲酒器，汲進之酒毫無滴灑，這是由于______的作用。松開拇指，酒在______的作用下緩緩流出。
連通器
大氣壓
重力
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解析：當將汲酒器插入酒缸中時，汲酒器和酒缸就構成了一個連通器；汲酒器中裝有酒水后，用拇指輕輕壓住方孔a 并向上提起汲酒器，汲進之酒毫無滴灑，這是由于大氣壓的作用；重力方向是豎直向下的，因此松開拇指，酒在重力的作用下會緩緩流出。
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2. [許昌期末]入夏以來，許昌地區干旱少雨，為了緩解旱情，農民采用抽水機抽水灌溉。抽水機有很多種，如圖是一種活塞式抽水機，它最多可以把水抽高______米。( p大氣壓=1.0 × 105 P a ，g 取10 N/kg)
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