上海市民办平和双语学校科学实验

这位同学在干什么呢？  

真的是在调鸡尾酒吗？让我们来听听她是怎么说的吧。  

大家好，今天我给大家带来的是关于虹吸现象与它的原理，解释还有实际应用。

一、知识储备

在讲这个虹吸现象之前，我们先来介绍一下两个实验。

01马德堡半球实验

1654年，当时的马德堡市市长奥托·冯·格里克带领市民们进行的一项科学实验。他们制作了两个空心的半球，将他们合在一起，然后抽去球内部分空气，结果发现需要用许多匹马才能将半球拉开。这个实验成功地证明了大气压的存在。抽气前，半球内外压强相等，都等于大气压。但抽气后，半球外部压强大于其内部压强，就好像大气压“压”住了两个半球。所以这两个半球必须用较大的力才能拉开。

02托里拆利实验

托里拆利是第一个精确测出大气压强值的人。

托里拆利实验的步骤and原理：

（1）取一根一米长的玻璃细管。一只手握住玻璃管中部，在管内灌满水银，排出空气，用另一只手指紧紧堵住玻璃管开口端并把玻璃管小心地倒插在盛有水银的槽里，待开口端全部浸入水银槽内时放开手指，将管子竖直固定，当管内水银液面停止下降时，读出此时水银液柱与水槽中水平液面的竖直高度差，约为760mm。

（2）逐渐倾斜玻璃管，发现管内水银柱的竖直高度不变。

（3）继续倾斜玻璃管，当倾斜到一定程度，管内充满水银，说明管内确实没有空气，而管外液面上受到的大气压强，正是大气压强支持着管内760mm高的汞柱，也就是大气压跟760mm高的汞柱产生的压强相等。

（4）用内径不同的玻璃管和长短不同的玻璃管重做这个实验（或同时做，把它们并列在一起对比），可以发现水银柱的竖直高度不变。说明大气压强与玻璃管的粗细、长短无关。

（5）通常人们把高760毫米的汞柱所产生的压强，作为1个标准大气压，符号为1atm，1atm的值约为1.013×10^5Pa。

这两个就是物理学史上非常具有代表性的关于大气压的实验，它们都证明了大气压强不但存在，而且还非常大。

二、虹吸

01虹吸现象介绍

如果我们要将左边处于高位的容器中的水从软管中引出的话，我们就稍稍把水吸入软管中，只要管中水面低于左边容器的水面，水就会源源不断地从管中流出。

02现象解释

用如图所示的装置来说明这种现象的原理，当充满水的管子将A、B两个液面高度不同水槽连接后，

则液片C将向左移动， 即容器B中的水向容器A中流淌。只要B中的液面高于A中的液面，水就会流动不停，直到两容器中的液面相平，即B中的水流完为止。

03虹吸原理的历史

虹吸管是人类的一种古老发明，早在公元前1世纪，就有人造出了一种奇特的虹吸管。中国人很早就懂得应用虹吸原理。应用虹吸原理制造的虹吸管，在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”。东汉末年出现了灌溉用的渴乌。西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒，也是应用了虹吸的物理现象。宋朝曾公亮《武经总要》中，有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载。中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒。宋代苏轼记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面。明代的《种树书》中也讲到用唧筒来浇灌树苗的方法。

04虹吸现象的应用

（1）古代的应用

虹吸在古代的应用很广泛，可以说是渗透到各个方面：可以用于农业灌溉、战争灭火、儿童玩具，也可以是用于计时的工具等。

①渴乌

中国古代的虹吸管。据《后汉书·张让传》记载，东汉中平三年(186)掖庭令毕岚“作翻车、渴乌，施于桥西，用洒南北郊路”，是渴乌的最早记载。唐李贤在对《张让传》进行注释时，用“以气引水上也”，说明渴乌依靠气压差引水的工作原理，当然其前提条件是进口端的高程高于出口端。唐杜佑所著《通典》载，渴乌可以“隔山取水”。方法是以大竹筒套接成弯管，以麻漆封裹，密不透气，跨过山峦，将临水一端置于水面之下五尺，然后在出口端放松桦枝叶和干草等易燃物，点燃后，稍冷，筒内形成相对真空，即可吸水而上。明清人又称为过山龙，也用以由缸内取酒。小型渴乌也用作刻漏的注水部件等。

②秤漏

它满足中间厚度大于边缘厚度的条件，所以可以算是个凸透镜。

如图所示的就是秤漏，秤漏是一种特殊类型的漏刻，是用中国秤称量流入受水壶中水的重量来进行计时的仪器。它有一只供水壶，通过一根虹吸管（即古代的渴乌）将水引到一只受水壶（称为权器）中。权器悬挂在秤杆的一端，秤杆的另一端则挂有平衡锤。当流入权器中的水为一升时，重量为一斤，时间为一刻。其以供水壶流出的水的重量作为计时标准，以秤杆作为显时系统是秤漏的巧妙之处，且据测定秤漏的日误差不大于1分钟。

③莲花漏

如图所示的就是。它是由一个受水壶，再用两根叫“渴乌”的细管，利用虹吸原理，把放水壶中的水，逐步放到受水壶中，使受水。壶中水平面高度保持恒定。相等时间内受水壶的水流速度恒定，据以测定时间。莲花漏实物已不存在。东林寺晋僧慧安，在庐山的莲花漏计时。于泉水上立十二叶芙蓉，因波水转，分定十二时。

当宇航员们往水球中注入空气后，水球就由一个像变成了两个像。一个是倒立缩小的像，一个是正立缩小的像。

④公道杯

公道杯，古代汉族饮酒用瓷制品。杯中央立一老翁或龙头，体内有一空心瓷管，管下通杯底的小孔；管的上口相当于老翁胸前的黑痣高度(或龙颔)。

头体下与杯底连接处留有一孔，向杯内注水时，若水位低于瓷管上口，水不会漏出；当水位超过瓷管上口，水即通过杯底的漏水孔漏光。这种漏水杯，汉族民间称“公道杯”，系根据物理学上的虹吸原理制成。公道杯盛酒最为公道，盛酒时只能浅平，不可过满，否则，杯中之酒便会全部漏掉，一滴不剩。

（2）现代的应用

①第一个就是大家熟知的马桶。

大多数马桶，特别是连体马桶，都采用虹吸式。虹吸的最大优点是冲洗噪音小，所以又被装修界称为静音马桶。除此以外，它具有污水排放能力强、清洁面大的特点，虹吸式马桶很容易冲洗掉附着在马桶表面的污垢。

②给鱼缸换水

家里鱼缸换水，就是运用的这个原理哦。

③虹吸滤池

虹吸滤池的工作原理：虹吸滤池它用抽真空来形成虹吸，以连通水流，用进空气来破坏虹吸，以切断水流。

在过滤过程中，每格滤池中的水位随着滤料阻力的增大而升高，以保持等速过滤。当运行到一定时间后，滤池就需要反洗，反洗时，首先破坏其进水的虹吸现象，使水不再进入该格滤池，当水位下降显著缓慢时，用真空系统形成反洗虹吸，反洗作业开始。当反洗排出水较清时，立即破坏反洗虹吸，停止反洗，随即启动进水虹吸管，投入运行。

④虹吸式屋面排水系统 

虹吸式屋面排水系统的工作原理：虹吸式屋面雨水排除系统是在一相流状态下满管流运行的。系统的工作原理符合水流运动的能量守恒及其转化定律。连接管内的压力可能是正压也可能是负压。随着悬吊管的延伸管内负压值增大， 至悬吊管与立管的转折处负压值最大， 随立管的下降负压值减小， 至立管的某点压力值为零， 其后压力值为正压并逐渐增大再逐渐减小， 从而系统在虹吸水力作用下工作。

⑤洗胃

洗胃是指将胃管由口腔或鼻腔经食管插入胃内，利用重力和虹吸作用的原理用大量的溶液对胃腔进行冲洗的方法。多用于误服或自服有害物质的病人。

胃管虹吸法是医生给食物中毒病人洗胃常用的方法，操作方便。利用虹吸法给病人胸腔、腹腔穿刺放液，省时省力，相对于常规注射器抽吸法有一定的优势。

⑥虹吸式咖啡壶

煮咖啡时，下壶的水沸腾产生水蒸气将水压至上座，煮好后关火温度下降，咖啡再被吸到下座。

（3）大自然的鬼斧神工——鬼湖

如图所示的就是鬼湖。在非洲肯尼亚北部，有一望不尽的沙漠，沙漠上有一个奇怪的湖泊，时隐时现，被人们成为“鬼湖”，这就是非洲著名的图尔卡纳湖，又名碧玉湖。当人们来到湖畔，之间碧波荡漾，清澈照人，可是不一会辽阔的水面就消失得无影无踪，成为一片茫茫沙漠。制造“鬼湖”的原因是由于在“鬼湖”附近可能有一个比“鬼湖”地势高的地下空洞，贮存着由别处渗流而来的地下水，并有一个类似虹吸泉那样的地下坑道将“鬼湖”同地下空洞连接在一起。当虹吸现象出现时，地下空洞里的水大量流出，便出现“鬼湖”，而由于“鬼湖”地处沙漠之上，即使水量再大，也会不消多大功夫就流到沙层下面或者渗流到别处去了。

三、自制实验

接下来是我们自己做的虹吸现象的实验。

实验器材：一把剪刀，一些透明杯子，3个塑料吸管，热熔胶枪，三种不一样颜色的液体。

实验步骤：我们将吸管裁剪，要将吸管两端剪的一样长，然后将每个杯子都捅出一个洞，将吸管插进去然后用热熔胶枪封住。

接下来就是搭建了。

看最后的成果！

看完今天同学们的分享，大家是不是也想利用虹吸现象，调制一杯自己的“鸡尾酒”呢？赶紧动手做一个吧！我们下期“施物招领”再见。实验步骤：我们将吸管裁剪，要将吸管两端剪的一样长，然后将每个杯子都捅出一个洞，将吸管插进去然后用热熔胶枪封住。

感谢张馨予、杨婷婷同学参与本文撰写 

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