正文 第16章 浮力與阿基米德定律實驗的操作與改進設計(1 / 3)

“浮力”演示器

“浮力”的概念,課本上是用假設和推理的方法引出的,比較抽象。

為此,我們製作了一個簡易的浮力演示教具,簡明直觀,效果較好。整個演示教具的裝置。

製作方法是選用密度較大的木料,截成每邊約6cm的正方體(能放入大玻璃筒內),木塊上下兩麵要平整,各開通氣孔A、B和A′、B′(剖麵如圖2),在通氣孔的B、B′端各緊嵌入一段短金屬管,另一側麵裝上一個可操縱木塊轉動的金屬杆(圖3)。

A、A′麵上各放置厚度在05mm左右的橡皮膜一塊。另用10~15mm厚的平整鐵片作兩塊蓋板,蓋板中心開3cm的圓孔,四角邊各鑽木螺絲小孔,以備將蓋板和橡皮膜壓緊在木塊麵上。微小壓強計可用現成的教具,或製成如圖1所示的雙管微小壓強計,灌入不同顏色的液體,以加強對比和可見度。為了便於調整液麵相平,在背麵裝置三通管和活塞開關。

隻要稍拉開活塞,壓強計即與大氣相通。當然,在整個裝置中,如果更簡便些,用一隻微小壓強計也可演示。

這一教具可用於下列演示:

(1)浮力產生的原因。演示時把正方體浸沒在盛有水的玻璃筒(或玻缸)中,置橡皮膜於上下兩麵,由於下麵受到液體向上的壓力比上麵受到向下的壓力大,這個壓力的差就是水對這物體的浮力。在兩個壓強計上則顯示出液體的高度差。轉動正方體,使橡皮膜位於兩側麵,由於液體作用在兩側麵上的壓力彼此平衡,不存在壓力差,即無浮力。在兩個壓強計上顯示出兩液柱的高低相等。

(2)驗證浸沒在液體中的物體所受到的浮力跟它在液體中的深度無關。演示時先使浸沒在水中的正方體固定在某一深度位置,觀察兩壓強計上的高度差是多少,然後增加正方體浸入水中的深度,可以看到兩個壓強計上的液柱也隨之發生升降變化,但兩者之間的液柱高度差是一個定值,即浮力不變。

這一教具除氣密性要求外,橡皮膜的鬆緊度與反應在壓強計上的壓強變化有很明顯關係,因此要選用彈性好的薄橡皮膜,並應在演示前調整好上下兩麵的鬆緊度,這樣就一定能取得預期的教學效果。

物體沉浮實驗的改進

“物體的沉浮條件”的演示實驗,可以取兩張煙盒的鋁箔(最好除去內層襯紙),代替課本中所采用的鋁皮。

演示時先說明這是鋁製的箔,鋁的密度是27×103千克/米3,大於水的密度。根據前麵講的物體浮沉條件。當ρ液<ρ物時,F浮<G物,物體下沉,可知鋁箔放入水中時應是下沉的。再把一張鋁箔對折幾下,用手捋平,以除去其中殘存的空氣。把它豎起來放入盛水的大口玻璃容器中,鋁箔果然下沉了。接著放第二張鋁箔,事先將其折成小船(若有把握,幹脆當堂用第一張鋁箔折成小船則更好)。說明兩張鋁箔是一樣的之後,把小船放入容器,小船不但不沉,還能裝載幾支粉筆。趁熱打鐵,引導同學們根據阿基米德定律得出結論。最後,讓同學們觀察,每多加一支粉筆,小船就往下多浸一些,又能引出下一段內容——輪船的排水問題。

這樣改動有以下好處:①材料容易收集;②學生一般都折過小紙船,易理解、有興趣;③學生有條件回家重做這個實驗;④改進後的實驗承上啟下,使課文內容銜接更緊。

兩個“浮力產生的原因”簡易實驗裝置

實驗1

(1)結構與製作

①中號彩色氣球1個,灌入少量水,稍稍吹氣,使其能鼓起成水滴形,用線緊緊紮住,不能漏氣,放入水中能漂浮在水麵。這樣該簡易裝置的主要部件——軟體浮子就製成了,吳兆銓老師的設計如圖5。

②中號無色透明的圓柱形礦泉水塑料瓶1個,把瓶底截去,在瓶底截口處,用塑料硬線做一個三腳擱架,如圖6。

③125升無色透明的塑料可樂瓶1個,將頸部截去,並將瓶底黑色塑料瓶托的上部截去,僅留下與圓形瓶底粘合部分。

④彩色吹塑紙圓環1個,剛好能放置於大小兩瓶之間,作為大瓶水位的標誌圈,如圖8。