第4節(jié)跨學(xué)科實(shí)踐：制作簡易活塞式抽水機(jī)一、項(xiàng)目提出

在生產(chǎn)生活中，人們常用抽水機(jī)將水從低處抽到高處.其中有一種活塞式抽水機(jī)(如圖1所示)，利用人力反復(fù)提壓手柄就可以抽水.本節(jié)我們就自己動手制作一臺簡易活塞式抽水機(jī).圖1二、項(xiàng)目分析要制作簡易活塞式抽水機(jī)，你需要完成以下任務(wù).任務(wù)1：了解活塞式抽水機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理.任務(wù)2：設(shè)計(jì)一臺簡易活塞式抽水機(jī).任務(wù)3：選擇材料，完成制作.三、項(xiàng)目實(shí)施任務(wù)1：了解活塞式抽水機(jī)的工作原理

如圖2所示，取一個注射器，把針頭插到裝有水的盆中，向上拉動活塞，就能看到水從低處升到高處.如果向下壓活塞，水就會被壓回盆中.怎樣才能不斷地將水提升到高處呢？圖2“活塞式抽水機(jī)”就巧妙地解決了這個問題.圖3是活塞式抽水機(jī)工作原理的示意圖.圖3小于關(guān)閉大氣壓

接下來我們逐步分析一下“活塞式抽水機(jī)”的工作原理.使用時，若提起活塞，閥門A受到大氣壓的作用而關(guān)閉，活塞的下面空氣稀薄，氣壓________外界的大氣壓.于是，低處的水受到大氣壓的作用推開閥門B進(jìn)入圓筒(圖3甲)；當(dāng)壓下活塞時，閥門B被水壓下而________，水受阻不能向下流動，于是沖開閥門A進(jìn)入圓筒的上部(圖3乙)；再提起活塞時，活塞上面的水迫使閥門A關(guān)閉，水從出水管流出.與此同時，低處的水又在__________的作用下推開閥門B而進(jìn)入圓筒(圖3丙).整體總結(jié)為3個環(huán)節(jié)：吸水、提水和出水.大氣壓強(qiáng)

“活塞式抽水機(jī)”的基本原理是___________.與其說抽水機(jī)將水抽到高處，不如說是大氣壓將水“壓”到了高處.任務(wù)2：設(shè)計(jì)活塞式抽水機(jī)1.活塞式抽水機(jī)的結(jié)構(gòu)(如圖4所示)：由圓筒、活塞、上閥門(A)、下閥門(B)、連桿、出水口組成.圖42.了解活塞式抽水機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)后，制作活塞式抽水機(jī)需要考慮以下幾個關(guān)鍵問題：

(1)如何選一個密封性好的圓筒？

(2)怎樣制作活塞？(3)從哪兒進(jìn)水，從哪兒出水，應(yīng)該怎樣制作兩個閥門？(4)以上制作活塞式抽水機(jī)所需材料你能否找到？任務(wù)3：制作活塞式抽水機(jī)

1.材料準(zhǔn)備：一個用來裝洗滌液的空瓶子、一根筷子、一塊塑料片、一個玻璃球、一塊橡皮膏、一根塑料管.根據(jù)上述材料，簡單設(shè)計(jì)的簡易活塞式抽水機(jī)，如圖5所示.圖5

2.制作

(1)剪下瓶子的瓶底，把瓶子上部作為抽水機(jī)的圓筒.把瓶底再略剪一小部分作為活塞，使瓶底的外徑能與瓶子的內(nèi)徑相吻合.(如圖6甲所示)甲丙

乙圖6

(2)在瓶子的側(cè)壁上打一個出水口，插上一段塑料管作為出水管.拔掉瓶蓋上的小帽，把瓶口作為進(jìn)水口.(如圖6乙所示) (3)在活塞上打兩個孔A、B，中間的孔A用來固定筷子.用橡皮膏把塑料片的一邊粘在活塞上，使塑料片能蓋住孔B，作為一個閥門.把玻璃球放到瓶子里作為另一個閥門.(如圖6丙所示) (4)裝上活塞，抽水機(jī)就組裝好了.將瓶口朝下浸入水中，上下拉動活塞，抽水機(jī)就會把水抽上來.四、展示交流1.用制作好的抽水機(jī)抽水.比一比哪個小組制作的抽水機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)得更流暢.(1)要比較不同小組抽水機(jī)的流暢性，需從以下方面綜合評估：①密封性：活塞與圓筒的貼合度直接影響氣壓變化效率，密封性差會導(dǎo)致漏水或空氣進(jìn)入，降低抽水效率；②閥門靈敏度：玻璃球或塑料片閥門需靈活開啟和關(guān)閉，避免水流回流或阻塞；③活塞運(yùn)動阻力：活塞與筒壁摩擦力過大會增加操作難度，影響連續(xù)抽水；④水流路徑設(shè)計(jì)：進(jìn)水管和出水管的直徑及位置需合理，避免水流受阻.組別密封性閥門靈敏度活塞運(yùn)動阻力水流路徑設(shè)計(jì)第一組第二組第三組(2)評估填寫抽水機(jī)部件部件作用材料選擇思路小組選材及想法圓筒容納活塞運(yùn)動，形成密閉空間以產(chǎn)生氣壓差優(yōu)先選用透明塑料瓶(便于觀察內(nèi)部)，避免玻璃瓶易碎2.講解抽水機(jī)各部件的作用，并說明選擇材料時的想法.抽水機(jī)部件部件作用材料選擇思路小組選材及想法活塞通過上下運(yùn)動改變圓筒內(nèi)氣壓，推動水流動塑料瓶底剪裁后貼合筒壁，或用橡皮塞增強(qiáng)密封性抽水機(jī)部件部件作用材料選擇思路小組選材及想法單向閥門(A和B)控制水流方向，A閥控制上部出水，B閥控制下部進(jìn)水玻璃球或塑料片作為單向閥，利用重力或彈性實(shí)現(xiàn)單向?qū)ǔ樗畽C(jī)部件部件作用材料選擇思路小組選材及想法進(jìn)水管與出水管連接水源和出水口，確保水流路徑暢通橡皮膏或熱熔膠固定閥門，確保密封性)B1.活塞式抽水機(jī)能把水抽上來主要利用了(A.液體壓強(qiáng) B.大氣壓強(qiáng)C.彈力 D.重力

2.抽水機(jī)也叫水泵，如圖是活塞式抽水機(jī)工作原理的示意圖.其中，活塞跟筒壁緊密接觸但是可以上下滑動，A、B是只能向上開啟的閥門，這樣，活塞不停地上下移動，水就從管口連續(xù)不斷地流出，下列說法正確的是()A.閥門A向上打開是利用大氣壓B.閥門B與外部液面的最大高度差約為10mC.出水管口與外部液面的最大高度差不能超過10mD.閥門B向下關(guān)閉是利用大氣壓答案：B

3.如圖是一瓶洗手液.當(dāng)用手向下擠壓出液管頂部時，儲液筒中的洗手液會從出液管流出；松手時，洗手液會進(jìn)入儲液筒.下列說法正確的是()A.該洗手液瓶是利用彈簧產(chǎn)生的壓力大于外界大氣壓從而將洗手液壓出瓶子的B.用力向下擠壓出液管頂部時，洗手液瓶受到支持面的支持力和重力是一對平衡力C.當(dāng)壓縮的彈簧放松時，儲液筒中氣壓變小D.用力向下擠壓出液管頂部時，彈簧受到的壓力一定等于手向下的壓力答案：C

4.如圖為某活塞式抽水機(jī)工作的示意圖，其中POQ是手柄，能繞著O點(diǎn)轉(zhuǎn)動，P點(diǎn)通過連桿與活塞相連，A、B是單向閥門，只能向上開啟，請回答下面的問題：

(1)如圖甲所示，當(dāng)在Q點(diǎn)對手柄PQ施加________(填“向上”或“向下”)的作用力時，圓筒中的活塞向上運(yùn)動，閥門________(填“A”或“B”)打開，水在__________(填“大氣壓”或“水壓”)作用下經(jīng)過閥門流入圓筒. (2)如圖乙所示，活塞向下運(yùn)動時，閥門B在_______(填“大氣壓”或“水壓”)作用下關(guān)閉，而閥門A打開，圓筒中的水不斷上升到活塞上方.向下B大氣壓水壓向下水管與抽水機(jī)接頭處漏氣(合理即可)

(3)如圖丙所示，在Q點(diǎn)用力向下壓手柄PQ時，手柄上P點(diǎn)受到的阻力方向___________(填“向上”或“向下”)，圓筒上方的水從出水管口流出；某地居民在安裝此抽水機(jī)時，下端水管已插入水中，但無論怎樣移動活塞，水管口都沒有水流出，可能原因是_____________________________________(寫一條即可).5.請閱讀《按壓式瓶蓋》回答問題.按壓式瓶蓋

在日常生活中，裝有洗手液或洗發(fā)液的瓶子，其瓶蓋都是按壓式的，如圖甲所示.按壓式瓶蓋的工作原理是什么呢？液體是怎么“吸”上來的？

洗手液瓶中有個按壓式吸液結(jié)構(gòu)，它由導(dǎo)液管、進(jìn)液閥門、彈簧、活塞、出液閥門、出液管、儲液筒等組成，如圖乙所示，其中進(jìn)液閥門和出液閥門是塑料小球，進(jìn)液閥門位于彈簧下端，出液閥門位于活塞上端.

使用的時候，通過手向下按壓，活塞向下移動，彈簧被壓縮使得進(jìn)液閥門關(guān)閉，出液閥門打開，儲液筒里的液體從出液管流出瓶外；當(dāng)手松開時，彈簧恢復(fù)原來的自然狀態(tài)，使得活塞向上移動，出液閥門關(guān)閉，進(jìn)液閥門打開，液體從導(dǎo)液管通過進(jìn)液閥門進(jìn)入到儲液筒.這樣活塞在圓筒中上下往復(fù)運(yùn)動，不斷地把液體“吸”出瓶外.請根據(jù)上述材料，回答下列問題：(1)按壓式瓶蓋的工作原理和_______(填字母)原理相同.A.活塞式抽水機(jī)A大氣壓B.馬桶C.微