“玉漏银壶且莫催”中的“玉漏银壶”是古代一种滴水计时的工具,也叫漏刻。图1是我国现存最完整且具有明确纪年的泄水型漏壶,此壶梁、盖长方孔处插有带刻度的浮箭,浮箭随壶水外漏逐渐下降以测定时间,其内部结构如图2所示。
项目化学习小组制作了一个泄水型沉箭漏刻,装置如图3,1号杯(漏壶)不断滴水,杯内由吸管和超轻黏土组成的“浮箭”不断下降,通过盖孔对应在吸管上的刻度即可读取时间。
(1)呈现现象,建立联系:“浮箭”随水位下降且始终漂浮的过程中,所受的浮力方向为 ;浮力的大小 (选填“变大”“变小”或“不变”);
(2)确定方案,测算定标:1号杯装入水后,计划用2号杯接取滴水。为了减小误差,测量滴水量应选择以下 方案(填写序号)。
①将2号杯中接取的滴水倒入量筒,直接测出滴水的体积。②先测2号空杯质量,接水后再测滴水和杯的总质量,算出滴水的体积。
圆筒形1号杯内部底面积为30cm2,测得5分钟滴水的体积为60cm3,图4所示的吸管上每一格表示1cm,请你在吸管对应位置标出“10分钟”。
(3)成品校验,误差分析:经检测,该漏刻计时结果与秒表计时存在差距,漏刻上10分钟的时间,实际秒表计时小于10分钟,请分析原因 。
学习小组发现问题后,为了让测量结果更准确,在吸管上重新划定时间刻度时,每10分钟的刻度间距应 (选填“上密下疏”“上疏下密”或“相等”)。
(4)鉴古知新,反思改进:项目化学习小组查阅资料后发现,收藏于国家博物馆的元代铜壶滴漏(图5)在几个世纪的时间里都是世界上最精准的计时工具。该多级漏刻主要结构(图6)包括日壶、月壶、星壶组成的播水壶,以及置放箭刻的受水壶,当播水壶的水经底部小孔不断流进受水壶时,箭刻便逐渐上浮,其标尺对应的数值便可显示时间。多级播水壶能提高计时精度的原因是 。
项目化学习小组借鉴古代多级漏刻的设计,将泄水型沉箭漏刻改进为如图7所示的受水型浮箭漏刻,为保证计时准确,应保持 号杯中的液面高度恒定(选填“1”“2”或“3”);为了增加该漏刻的测量时长,在不改变产品结构的情况下,我们可以 。
(5)融合统整,评价提升:结合古代漏刻的演变史和探究过程的收获,项目化学习小组再次对漏刻产品进行改进(如图8所示)。
该产品用3D打印多孔底座和标准化塑料支架固定三级漏壶,采用滑轮结合指针的机械传动结构,将泡沫球浮子的垂直升降转化为指针的圆周转动,可直接在指针式表盘上读数,经测试5分钟计时误差为25秒。
对照评价量表(见表1),该产品的“制作工艺”和“计时准确”评价指标分别为 、 。
结合评价量表,对该产品提出2条具体的改进建议 。
表1 漏刻成果评价量表
评价指标
制作工艺
计时准确
初级水平
漏刻结构不牢固,无法多次使用,操作不方便
5分钟计时误差
超过30秒
发展水平
漏刻结构较牢固,操作、读数较为便捷
5分钟计时误差在30秒内
熟练水平
漏刻结构牢固,有独特的装置,操作和读数方便
5分钟计时误差在20秒内
高级水平
5分钟计时误差在10秒内
漏刻结构牢固,有独特的装置,操作和读数方便,外观设计具有中华传统美学
上期答案
谜团一
1.B 2.上北下南、左西右东
谜团二
1.图9
2.C
谜团三
八卦布局:中途转弯4次(以实际为准),方向难找;普通布局:中途转弯0次(以实际为准)方向好找
我的发现:布局复杂 防御功能
供稿:兰溪市实验中学 李栗
审稿:金华市教育教学研究中心 葛新福
温馨提醒:本期答案和解析将在下期公布,敬请关注。