液體浮力產(chǎn)生原因演示器

黃嘉成

(黃石市第七中學高一宏志班,湖北黃石435000)

1 引 言

初中物理課中,對于液體浮力產(chǎn)生的原因,只是抽象地解釋為是由于液體對物體上下表面壓力差,使學生很難理解和掌握.筆者經(jīng)過思考和動手做實驗,設計制作了簡單有趣的“液體浮力產(chǎn)生原因演示器”,進行對比實驗,使浮力產(chǎn)生原因這個問題變得通俗易懂.

如果將浮力產(chǎn)生原因直觀地表現(xiàn)出來,只需要比較石蠟塊下表面沒有受到水壓力、受到水壓力不足和受到水足夠大壓力這3種情況下的不同結(jié)果.

2 實驗裝置及原理

實驗裝置如圖1所示.實驗所需材料如下:

1)2只相同的小燒杯,底部要平,其中小燒杯1不作改動,在小燒杯2的底部挖1個圓孔,然后在2只小燒杯內(nèi)底面均勻涂上薄薄的一層石蠟,這是為了不與水發(fā)生浸潤,并且在酒精燈火焰上略烤熱使涂層均勻,用布打磨光滑.

2)1只大燒杯,能同時并排容下2只小燒杯.

3)用模型通過融化和凝固的方法制作2塊橫截面與圓孔面積一致且厚度比較均勻的圓柱體石蠟塊,底部要平,大小要適當,要剛好能蓋住小燒杯底部的孔(為了能嚴密蓋住孔,石蠟塊底部面積可做得比孔面積略微大點).

4)細棒.

用粘合劑或其他方法將2只小燒杯都懸空而且等高地粘連固定在大燒杯的內(nèi)壁兩側(cè)(或利用試管架等物品使2只小燒杯如圖1所示懸空放置在大燒杯中).這樣液體浮力產(chǎn)生原因演示器就做成了.

圖1 演示液體浮力產(chǎn)生原因的實驗裝置

實驗依據(jù)的物理原理有:

1)石蠟塊的密度比水的密度小,會漂浮在水面上.

2)水與石蠟之間是不浸潤的.

3)浮力產(chǎn)生的原因是液體對物體上下表面的壓力差.

3 實驗步驟

用該演示器做浮力產(chǎn)生原因演示實驗的步驟如下:

1)在小燒杯1中注入一定量的水,將石蠟塊浸沒入水里,松手后石蠟塊將上浮到水面,表明石蠟塊密度比水的密度小,所以石蠟漂浮.

2)將石蠟塊取出,將小燒杯1中水倒掉,燒杯和石蠟都擦干水后,將石蠟塊的平整底面朝下輕輕放入燒杯底,用細棒按住沿杯壁或用漏斗緩緩地注入一定深度的水,完全將石蠟塊淹沒.輕輕移走細棒(這時要注意防止石蠟塊移動).會發(fā)現(xiàn),石蠟塊居然仍沉沒在水底,沒有上浮!

3)將另外一個石蠟塊的平整底面朝下輕輕覆蓋住小燒杯2底部的孔,用細棒將石蠟塊輕輕按住,然后也沿杯壁緩緩地向小燒杯2里注入與小燒杯1中相同深度的水,輕輕移走細棒(也要注意防止石蠟塊移動).由于石蠟塊下面是空的,因而這一石蠟塊下表面同樣也沒有受到水的向上壓力,石蠟塊同樣沒有受到浮力,沒有漂浮起來.

4)沿著杯壁再向大燒杯慢慢注入水,當水上升到與小燒杯底部接觸以后,繼續(xù)注水.當大燒杯中水面上升到足夠高時,小燒杯2里的石蠟塊就會向上浮起,但小燒杯1里的石蠟塊始終不動,仍然沉在水底,如圖2所示.

圖2 注入水后的實驗裝置

通過步驟2～4的現(xiàn)象對比就很容易發(fā)現(xiàn),石蠟塊能否浮起,主要看下表面有沒有受到水的足夠的向上壓力.

這樣通過實驗就直觀地演示出了浮力的實質(zhì)是液體對物體上下表面的壓力差.

5)用細棒撥動石蠟塊,或把小燒杯端起晃動幾下,由于石蠟塊下表面浸入水而受到向上的壓力,產(chǎn)生壓力差.石蠟塊受到浮力而上浮,最終漂浮在水面上.

為突出實驗現(xiàn)象,可采用以下辦法:

1)用紅色石蠟塊或者在石蠟塊上面做醒目標記,以便觀察其位置狀態(tài).

2)用墨水滴入水中使實驗用水變得稍有顏色,或在水面放上幾粒小彩色塑料球,以顯示水面位置的變化.

[1] 柳榮升.對驗證“阿基米德原理”實驗的改進[J].物理實驗,2006,26(8):30.

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[3] 辛貴書.浮力本質(zhì)的演示裝置[J].物理實驗,2003,23(4):29.

[4] 陳炳麟.“浮力產(chǎn)生原因”的演示實驗教學[J].物理實驗,2001,21(10):29.