岩盐弹072课程与教学
DANGDAIJIAOYANLUNCONG 2020 年11 月关于水银体温计甩动复位的原理探究 黄思涵\吕結2，杨慧1
(1.哈尔滨师范大学附属中学黑龙江哈尔滨150080;2.哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001)
【摘要】本文以新冠肺炎疫情期间，人们居家经常使用水银体温计为背景，选取水银体温计通过“甩动”来复位的细节，进行相 关原理探究，并提出初步猜想：水银体温计复位时制动加速度越大，复位效果越明显。 【关键词】水银体温计；“甩动复位”；制动加速度；惯性力
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A【文章编号】2〇95-6517(2〇2〇)11_0〇72-01
On the Principle of Mercury Thermometer Swing Reset
HUANG Sihan',L V Zhe2,Y A N G Hui1
(1 Affiliated Middle School of H arbin Normal University,Harbin150080, China;2.Harbin Institute of Tech
四象限探测器nology,Harbin150001, China)
【Abstract】Novel coronavirus pneumonia is often used in the new crown pneumonia epidemic situation.In the background of mercury thermometer,the principle of mercury thermometer is reset by uswing" to explore the related principles.The preliminary conjecture is that when the mercury thermometer is reset,the greater the braking acceleration,the more obvious the reset effect is.
【Keywords】Mercury thermometer;“Swing reset”；Braking acceleration;Inertial force
在新冠肺炎疫情期间，测量体温成为日常出行的“健康认证”之一。不仅在出入公共场所时必须测量体温是否正常，很多社区也要求 居民每天上报体温数据。居家期间，人们自测体温大多使用水银体温 计。那么，对于水银体温计，为什么再次测量前要甩一甩？怎样甩效果 更好？本文将对此加以探究。
劳动1号一、水银体温计工作原理概述
根据初中阶段的知识，水银体温计的工作物质是水银，其玻璃泡 容积和半径都比与之连接的细管大得多，测体温时，由于泡中水银温 度升高，体积膨胀，通过一个曲径的缩口，被挤压到直管中，水银柱的 长度发生了明显的变化，以便于读数。读数时，与其他温度计不同，它 可以离开被测物进行读数，而且测得温度理论上不会小于真实值。这 便是缩口起到的作用，如上图所示。当体温计离开人体
时，水银变冷 收缩，由于水银在玻璃上不润湿，在缩口处“断开”，使得直管内的水 银不能退回玻璃泡内，所以它表示的仍然是人体的温度。复位时，只需用手臂甩动体温计便可使水银柱缩短，以便再次测量。
二、有关甩动复位原理的探究
1.理论分析与猜想
欲使上升的水银柱复位，需要改变水银柱静止在直管内的运动 状态，提供给它某种力，使其产生指向玻璃泡的加速度，再经缩口回 到玻璃泡内。人用手臂甩的过程可以建模为手臂带动体温计做圆周 运动。经粗略测算手臂带动体温计转动的角速度a)«27T/3rad/S，手 臂长按0.3m计算，产生的加速度重力加速度g记 为9.8m/s2。显而易见，重力加速度要比手提供给水银柱的大，根据已 有知识，猜想，越大的加速度越能让水银柱更快回到玻璃泡里，那么，是否可以请地球来帮助给体温计复位呢？
经实践，把体温计举到离床表面lm的高度，水银球朝下，记录初 始示数，释放令其自由下落到床上(在较软的床上进行避免破碎），将 此过程近似看作自由落体运动，加速度记为9.8m/s2，可是示数几乎没 有丝毫改变。比较而言，连续“用力”用手臂甩动几次后，水银柱却明显缩短了。这与已知知识产生了矛盾。
根据个人经验，要使水银柱回到玻璃泡内，操作的关键在于收 尾的“急刹车”，刚开始甩动时可能没有那么用力，但在快结束时突然 用力却可以让水银柱比较“轻松”地缩短。由此，我进一步猜想这是由 甩动减速至停止的加速度大小决定的，也可以表述为制动加速度。那 么回到自由下落的例子，由于床的缓冲作用，体温计与床的作用时间 长，速度改变量一定时，加速度较小，实则制动加速度并不大。
2.实验验证
根据猜想，设计以下简易实验加以验证(制动加速度由“手机物 理工坊”App测得）。
实验原理：毛细玻璃管作用在水银柱的毛细力可以改变水银柱 的运动状态，进而改变其空间位置，在此过程中产生了加速度。
实验方法：将体温计与手机紧握在一起，记录初始温度，甩动体 温计，记录末态温度和手机呈现加速度曲线中最高点对应数据(经人 手控制，认为在制动时用力最大，加速度最大）国际投资环境
实验数据:
实验序号12345
制动加速度(m/s2)7.70 6.658.0011.27.80温度差（〇0.20.10.20.30.1
3.结果分析
经测量实验的数据可粗略印证理论分析中的猜想。用力快速甩 动体温计，靠快速减速产生的惯性力驱动直管中水银克服缩口弯曲 的毛细管力。不过，惯性力作为一种惯性参考系下的假想力，我对它 的理解就有一定障碍，毛细管力更与我们极少涉猎的流体力学密切 相关。因此，目前本文探究结果暂且止步于得出“水银体温计复位时 制动加速度越大，复位效果越明显”的结论。
罗氏芬三、疑问与反思
本次课题探究还留下很多待解问题，比如在理论分析中对水银 柱的状态和受力情况分析是否做到考虑全面；在实验验证中对各物 理量的测量是否做到准确无误；加速度的理论值与测量值差距较大 的原因是什么，最大值应该出现在哪里，等等。汉之派
只有在以后的学习中加强对知识的理解，对实验的改进，不断地 深入思考，把理论应用于实践，才能学好物理学科，才能逐步解决生
活中遇到的各种问题。
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