小学科学 · 六年级上册 第四单元 第 2 课

《用水计量时间》—— 水位与流速

水往下漏的时候,为什么越漏越慢?怎样才能让水"匀速"地流,做成一只准时的水钟?一起动手做虚拟实验找答案。
🎯 本课目标:通过对比实验证明 —— 保持水位恒定,水流才能匀速,才能精准计时。

🧪虚拟实验台:塑料瓶漏水

瓶底打了一个小孔,水一滴一滴往下漏。左边刻度尺实时显示瓶内水位(单位:cm),下面是量杯,接住流出来的水。

↔ 屏幕较窄时,画面可左右滑动查看

🎛️实验控制台

① 选择实验模式
模拟速度
秒表
0.0s
已接水量
0mL
瓶内水位 h
18.0cm
当前流速
6.2mL/s

📊分段耗时对比柱状图

每流出 50 mL 记一次时间,比一比:哪种模式"后 50 mL 明显更慢"?

0–50 mL
50–100 mL
100–150 mL
单层瓶 持续补水
先把「单层瓶」跑完 150 mL,再切到「持续补水」跑一遍,柱状图会自动对比。

📋实验记录单

目标:接到 150 mL 自动停止。

流出水量单层瓶持续补水本段计时

🏺四层铜壶滴漏(多级漏壶)

古人为了"让最后一级的水位保持恒定",把水壶叠成了四层。点一点每一层,看看它负责什么。

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🔍分层作用

点击任意一层(或画面中的壶)查看它的作用。

💡关键秘密

平水壶的溢流口是整个水钟的核心:上面供水再多,水面一高过溢流口,多余的水就自动流走,壶里水位始终不变。 于是下一级「滴漏壶」的进水水位恒定 → 滴速恒定 → 受水壶里的浮箭才能匀速上升,刻度才是均匀的。 这和刚才"持续补水"模式是同一个道理 —— 都是用"有水多余"换"水位恒定"。

💧输液器里的"水钟"

医院里的输液器,用的也是同一套原理:先稳压,再恒液面,最后匀速滴落。

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🎚️流速调节

拖动调节器改变快慢 —— 注意:调好之后,滴速就一直保持不变。

设定滴速60 滴/分
实际滴速60 滴/分
滴壶液面恒定 ✔
通气管堵住了!空气进不去,瓶内压强越来越小 → 滴速越来越慢,最后停止。
这和「单层瓶水位越来越低 → 越滴越慢」是同一类问题:都是压差变小了。

🔗原理对照:水钟 ↔ 输液器

水钟(漏壶)输液器共同的作用
平水壶的溢流口输液瓶的通气管让压力(水位)保持稳定
滴漏壶里恒定的水位滴壶里恒定的液面决定滴速的那一段高度不变
匀速滴下的水滴匀速滴落的药液单位时间滴数相同
受水壶浮箭上升的刻度输液瓶上剩下的容量把"匀速"换算成可读的量
读出时间控制药量与时间匀速 → 才能算得准
保持水位恒定 → 水流匀速 → 才能精准计时。
水位变低,压强变小,水流就会变慢 —— 这就是单层瓶"后 50 mL 更慢"的原因。
水位恒定→ 压强恒定→ 流速(滴速)恒定→ 相同时间流出相同水量→ 可以计量时间
单层瓶:越漏越慢 ✗

水位不断下降 → 底部压强变小 → 流速越来越小。所以第一个 50 mL 最快,最后一个 50 mL 最慢,不能当钟表用。

持续补水:匀速 ✓

上方储水瓶不断补水,多余的水溢出,水位始终不变 → 每段 50 mL 用时几乎相等。这就是水钟能计时的秘密。

四层铜壶:古代的方案

供水壶供水 → 平水壶用溢流口"稳压" → 滴漏壶匀速滴下 → 受水壶浮箭上升读出时刻。四层分工,只为守住"水位恒定"。

📈我的实验数据

下面会自动填入你在第 1 步做过的实验记录。

还没有数据 —— 去「对比实验」里跑一跑吧!

🤔思考与拓展

1. 为什么水位低了,水流就变慢?

水越深,底部受到的水压越大,水被"推"出去的力量就越足。水位下降后,底部压强变小,推水的力量变弱,单位时间流出的水就少了。所以水位是"动力"的来源。

2. 只把瓶子的孔钻大一点,能让水匀速吗?

不能。孔大了会让每一刻流得更快,但只要水位还在下降,流速仍然会跟着变慢,"越漏越慢"的毛病并没有解决。真正要解决的是水位,不是孔径 —— 这正是"持续补水"和"平水壶"在做的事。

3. 如果一直没人给供水壶添水,会怎样?

供水壶见底后,平水壶就不再有多余的水可溢出,水位开始下降 → 滴速变慢 → 水钟越走越慢,最后停住。所以古代要专人按时添水,和水钟必须放在稳固、不受晃动的地方。