用于演示流体压强和流速关系的投球射枪

我喜欢打篮球，可我的投篮水平很糟糕，连三步上篮都投不中。但我不服输，总是鼓励自己：多练习，一定可以投中！

后来，我在学习了流体的压强和流速这一部分内容后才知道，原来篮球能不能投中，不仅与瞄得准不准有关，还与投篮速度、篮球旋转的快慢等有关。这激发了我对流体压强和流速关系的研究兴趣。

压强与流速的关系是八年级的物理知识，除了教材上的教具和实验，还有不少创新装置可以演示二者的关系。我上网进行查新，看到江苏省南京科技馆和河南省郑州科技馆对伯努利原理的演示装置，它们虽有投球过程，但都以气悬球为例，无法观察到球从下往上的运动过程，不能深入地解释伯努利原理。实用新型专利CN201720639859.6主要研究了一种趣味掷球机，这种装置虽能演示球被水流托起，但其利用的是球体表面环流所带动的空气运动，既不直观也不适合做原理演示。

为了方便老师课堂演示和学生动手实验，我设计了一种用于演示流体压强和流速关系的投球射枪。

一、制作装置

网购鼓风机和所需的各种零部件。为增加管道之间的密封性，选用白色PVC水管，通过切割等方式组装设备。

弹仓选用透明的伸缩管，方便观察彩色乒乓球从底部到顶部的运动过程。但在实际操作时，乒乓球无法正常在管内移动，即口径大小不合适。

我改用纸球进行实验，因为纸球质量大、体积小。靠近T形管的纸球可演示流体压强与流速的关系，但弹仓底部的纸球无法清晰地演示流体压强和流速的关系。此外，因为弹仓的角度不佳，纸球射出的距离不太理想。

针对上述问题，我提出了改进方案：将投球改用泡沫球，泡沫球质量小且形状可控；寻找风力更大、挡位更多的鼓风机，调试泡沫球的弹射距离，使其达到最佳效果；将T形管更换为斜T形管；寻找透明且密封的枪管材料。

接下来，我制作了大小不同的彩色泡沫球，选用有小、中、大三个挡位的鼓风机。虽然没有找到合适的材料将T形管更换为斜T形管，但我用透明伸缩管制作弹仓，让弹仓角度可调整。最后，我用玻璃胶、透明胶带密封枪管和弹仓底。

二、测试装置

我手持射枪的握把，按下鼓风机的启停按键，鼓风机将吸入的空气依次吹至出风管、T形管、横管、枪管，形成空气气流。

横管内的空气流速大于竖管内的空气流速，形成压强差，彩色泡沫球依次由弹仓、竖管被吸入横管，随后在出风管的空气驱动下从枪管射出。在不断调整透明弹仓的角度后，实验成功了！

目测透明弹仓与垂直方向的夹角约为15°。实验过程中可通过调节鼓风机的挡位来改变射枪的射程。挡位越大，出风速度越快，泡沫球的射程就越远。

三、创新点

（一）以轻质球状物作为反映介质，由鼓风机提供空气流速形成压强差，能直观地反映压强与流速的关系。

（二）整体结构为射枪形态，可调整气流的大小和角度，增加了演示或实验过程中的可操作性和趣味性。

（三）既可用于课堂教学，又可用于在科技馆中的互动体验，携带方便，适用范围广。

（指导老师：汪征宇）

专家点评

谢佳霖同学的用于演示流体压强和流速关系的投球射枪，是一项改进型的小发明。从发明选题方法上分析，属于老题新做的项目。这是由于演示流体压强和流速关系的实验装置已让人目不暇接，且用小型工业吹风机为主体做这一实验的装置也有不少。而这项作品突出的创新点就在于其“弹仓与‘枪（发射）管’垂直方向的夹角约为15°”的结构设计，更有利于球体的发射与人们对流体压强和流速关系的理解。这项作品的完成，充分展示了谢佳霖同学像科学家工作式的学习过程。

在当今社会，科技的飞速发展和知识的快速更新，需要的不仅仅是会考试的“学霸”，更需要具有创新精神、实践能力和广阔视野的综合性人才，通过像科学家那样的工作方式学习科学是现代科学教育的一个重要趋势。科学家的工作方式是什么？即不断地探究。探究是科学研究工作的基本方法，科学知识的获得离不开科学探索过程，科技创新成果的获得同样离不开科学探索过程。

（栏目编辑  秦银银）