基于拓扑思想对海伦喷泉实验原理的分析A SIMPLE TOPOLOGICAL ANALYSIS ON HOW HERON'S FOUNTAIN WORKS
侯世林,李颖,师玉荣
摘要(Abstract):
海伦喷泉是一种既简单又有趣的实验装置,可用作大中学生综合素质训练的教学素材。与普通喷泉不同,海伦喷泉喷射高度可高于初始液面高度,因此其工作原理常常困惑一些中学生和大学生。本文基于拓扑分析,可以发现海伦喷泉原理上可等效于其内液柱之间密封一段气体的U形管;其喷水高度在准静态条件下等于密封气柱的高度。实际喷射高度受初始条件或操作过程等主要因素的影响,也可以在该模型下得到简洁解释。相关拓扑分析思想也可应用于其他实验的设计与探究。
关键词(KeyWords): 拓扑思想;海伦喷泉;U形管模型
基金项目(Foundation): 中国高等教育学会理科教育研究项目(21LKYB03);; 中国海洋大学本科生教学研究(2021JY009)与教师发展基金(2019JXJJ01)项目
作者(Author): 侯世林,李颖,师玉荣
参考文献(References):
- [1] 王敬庚.直观拓扑[M].北京:北京师范大学出版社,2010.
- [2] BALCOMBE J,BYLAND S,CHERNIKOV N,et al.Problems for the 31st IYPT 2018[Z/OL].(2017-07-13)[2021-03-01].https://www.iypt.org/problems/problems-for-the-31st-iypt-2018/
- [3] 陈文毅,李想,李晓天,等.海伦喷泉实验探究[J].教育教学论坛,2019,13:276-277.CHEN W Y,LI X,LI X T,et al.The experimental exploration of Heron's fountain[J].Education Teaching Forum,2019,13:276-277.(in Chinese)
- [4] 彭亮滔,陈婷,姚真瑜.希罗喷泉动力学分析[J].大学物理,2020,39(2):56-61.PENG L T,CHEN T,YAO Z Y.Dynamics analysis of Heron's fountain[J].College Physics,2020,39(2):56-61.(in Chinese)
- [5] 毕瑛洁,白赫,段瑞梦,等.STEM教育在CUPT中的体现及创新能力培养模式初探[J].物理实验,2018,38(5):32-36.BI Y J,BAI H,DUAN R M,et al.Embodiment of STEM education in CUPT and the training mode of innovation ability[J].Physics Experimentation,2018,38(5):32-36.(in Chinese)
- [6] YAAKOB Y,IBRAHIM D,AWALLUDIN M A,et al.Solar-powered cooling system for residential building[J].IOP Conf.Ser.:Earth Environ.Sci.,2019,268:012165.
- [7] 赵近芳.大学物理学(上)[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.