汪志荣 李陈乐

(安徽师范大学物理与电子信息学院,安徽 芜湖 241002)

图1 液体内部气泡示意图

沪科版8年级物理教科书(以下简称“物理教科书”)在第7章力与运动部分编排了一例有关液体内部气泡运动问题的练习题:“桌上放一个装满水的瓶子,中间有一个气泡,如图1所示.用手突然推一下瓶子,气泡将怎样运动？如果使瓶子在桌面上匀速运动,气泡又将怎样?”[1]习题配图如图1所示.对于该问题,通过对实验现象的观察即可找到答案:瓶子向右发生加速运动,气泡向瓶子的前端运动.如果采用乒乓球替代气泡,这种实验现象更为直观.[2]然而,物理教科书的配套教学参考书却给出了相反的结论——用手突然推瓶子时,气泡将向后运动,[3]一些教师对此问题的理论解析也存在教学误区,以下就此问题予以探讨.

1 容器加速运动时内部液体的动力学分析

根据力学理论,在外力作用下,装满液体的瓶子做加速运动时,要描述瓶内液体的运动状态及受力情况存在两种方法: (1)若以地面为参考系,瓶内液体将随瓶子一起做加速运动,由牛顿第二定律可知,此时质量为m的液体一定受到某一外力F或者所受外力的合力为F的作用,力F的大小为ma,方向与加速度a方向一致; (2) 若以瓶子为参考系(非惯性系),瓶内液体相对瓶子是静止的,此时分析瓶内液体的受力情况,要保证牛顿运动定律仍然成立,液体所受外力的合力一定为0,也就是说,除了受到力F外,还受到另一个力……