CN102456286A - 两个重物的浮力大小同时比较演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明两个重物的浮力大小同时比较演示装置属于不同物体的浮力大小演示仪器。在容器中间有一块隔板把容器分为两个分室，隔板上有导通孔；天平称竖立的位于容器之中，天平称的平衡杆两端分别用相同长度的软绳悬挂有重物；两个重物的总重量相同但总体积不同。优点：用液体的表面上下变化代替两个被测浮力的物体上下移位来演示两个物体获得浮力大小的变化，解决了两个被测浮力的物体上下移位难以完全同步的问题，使其能使用天平称进行测定两个物体的浮力成为可能。

Description

两个重物的浮力大小同时比较演示装置

技术领域

发明属于初中物理学演示仪器，特别是物体的浮力大小与液体和物体体积有关，而与物体的重量无关的教学演示仪器。 

背景技术

在一般人们的生活概念中，错误的认为木材的浮力大于铁的浮力，是以被测物体木材的块和铁块能否浮在水面来判断浮力的大小。而正确的浮力大小概念是：浮力等于物体浸入的液体密度乘物体排开的液体体积，即浸入液体的物体体积。可用浮力大小与物体重量无关。 

关于体积问题：现在初中物理学在讲述浮力大小时，老师一般是用大、小不同体积的铁方块分别用弹簧称测定两者的浮力，说明浮力大小与浸在液体中的体积有关，而与浸在液体中的物体的重量无关。但弹簧称测定的误差大，分别测定不太好直观表示大、小不同体积的两种铁方块的浮力大小。 

关于液体问题：现在初中物理学在讲述浮力大小时，老师一般是用两个独的杯子装不用密度（不同比重）的液体，用弹簧称测定同一块物体在两个独的杯子液体中的浮力进行比较浮力大小。但弹簧称测定的误差大，分别测定不太好直观表示大、小不同体积的两种铁方块的浮力大小。 

发明内容

发明的目的是提供一种用天平称同时分别测定两个相同重量物体在相同液体中不同体积的浮力大小直接比较，或者两个相同重量、相同体积物体在不相同液体中的浮力大小直接比较的两个重物的浮力大小同时比较演示装置，并且是被测浮力的重物不动，仅液面上下变化的方法演示重物获得的浮力大小的两个重物的浮力大小同时比较演示装置。 

发明的构思是：在两个直接或间接相通容器的中间设一个天平称，天平称两端悬挂两种重物，两种重物的下面部分是相状、体积和重量都相同的实心重垂，两种实心重垂上面分别是重量相同、高度相同、体积不同的物体。当两个相通容器中的相同液体可淹到实心重垂部分时，两个实心重垂被淹的体积相同、天平称保持平衡，证明获得的浮力大小相同。当两个相通容器中的相同液体淹到实心重垂上面的两个不同体积的物体时，天平称两边两种重物的排水体积不同，天平称倾斜向体积小的重物一边，证明体积小的重物获得的浮力小于体积大的重物。测定浮力期间，由于两种重物的重量不变，只有体积改变，天平称就倾斜，证明在相同液体中，液体对物体的浮力大小只与物体的体积有关，而与物体的重量无关。 

被测浮力的重物不动，仅液面上下变化的方法演示重物获得的浮力大小的方法具有重要意义。因为天平称两边重物时，重物的轻微移动都会使天平称失去平衡，产生错误的演示效果，用液面上下变化代替重物上下变化，演示浮力大小可解决重物移动使天平称产生错误演示效果的问题，使浮力大小演示的效果更有可靠性、真实性、更精确、更具有可从复性。 

发明的结构是： 

两个重物的浮力大小同时比较演示装置，包括上方开口的容器1、天平称2和重物3，其特征在于：容器1中间有一块隔板12，隔板12把容器1分为两个分室13，隔板12上有导通两个分室13的导通孔14；天平称2竖立的位于容器1之中，天平称2的平衡杆5两端分别用相同长度的软绳6悬挂有重物3；平衡杆5两端的重物3的重量相同，两个重物3都有相状、体积和重量都相同的实心重垂7，其中一个重物3的实心重垂7与软绳6之间连接有密封的空心管8，另一个重物3的实心重垂7与软绳6之间连接有实心圆柱体9，密封的空心管8和实心圆柱体9的重量和直径相同，但密封的空心管8的长度大于实心圆柱体9的长度，密封的空心管8的体积大于实心圆柱体9的体度积。

隔板12把容器1分为两个分室13有利于减小两个重物3进出液体中时，液体的波动相互影响重物3移动，两个分室13的导通孔14又能保证两个分室13的液面是相同高度。加之天平称2在平衡时，能使天平称2两端的实心重垂7在一个水平面。这样，当向两个两个分室13的任何一个分室13中慢慢注入液体时，两个分室13中的液面会同时向上涨。当液体同时淹到两个实心重垂7的相同高度过程中，两个实心重垂7的排开液体的体积相同，天平称2保持平衡，证明天平称2两边的重物3获得的浮力大小相同。当继续再向任何一个分室13中慢慢注入液体淹到一个实心重垂7上面的密封的空心管8和另一个实心重垂7上面的实心圆柱体9时，天平称2倾斜向实心圆柱体9的一边，说明密封的空心管8和实心圆柱体9虽然重量相等，但体积不相等，密封的空心管8的体积大于实心圆柱体9的体积，密封的空心管8的浮力大于实心圆柱体9的浮力，所以天平称2倾斜向实心圆柱体9的一边。如果再慢慢从任何一个分室13中吸出液体，两个分室13中的液体同时、同高度的下降，当下降到两个实心重垂7位置时，天平称2又从倾斜状态变为平衡状态，再一次证明浮力大小只与淹在液体中的物体体积有关，而与物体重量无关。并达到被测浮力的两个重物3不动，液面上下变化的方法演示两个重物3获得的浮力大小的目的。 

用上述装置进行两种重物3的浮力大小变化演示中，向分室13注入水很易使水波动而影响到天平称2不能完全真实反应两个重物3获得的浮力。解决的方法是：在容器1的底部或侧壁上连接有软气囊10，软气囊10上连接有进出气管11。当要上升液面高度时，经过进出气管11向软气囊10中慢慢注入气体，使软气囊10的体积增加，从而使两个分室13中的液面同时、同高度上升。如果要降低液面高度，慢慢放出软气囊10中的气体。用软气囊10体积变化来控制两个分室13的液面高度，液面高度变化时，液体的波动性小于向分室13中注入液体和取出液体的方法，从而用软气囊10可以增加浮力大小变化演示过程中的可靠性和真实性。 

软气囊10的进出气管11上设有开关15。这样可使软气囊10的体积保持在某一种状态。 

当要演示两种不同密度的液体，如清水和保和食盐水这两种不同密度的液体对相同重量、相同体积重物3的浮力大小不同时，在隔板12的导通孔14上设一个有一端开口的囊袋16，囊袋16的开口与导通孔14相通。囊袋16是不漏水的材料如软塑料薄膜制成。演示时，把两个分室13分别加入相同体积的清水和保和食盐水。相同体积的清水和保和食盐水在两个分室13产生的液面髙度由囊袋16自动调节成完全相同的高度。特别是当要用软气囊10注入或放出气体而变化两个分室13的液面高度时，囊袋16的体积和位置在那一个分室13中这两个因素，就能自动的把两个分室13的液面高度调节成相同高度。而囊袋16的不漏水性又保证了清水和保和食盐水不相混合。总之，套在导通孔14上的囊袋16能隔离两种不同密度的液体不相混合，又能使两个分室13中的两种不同密度的液体的液面保持相同高度，达到被测浮力的两个重物3不动，液面上下变化的方法演示两个重物3获得的浮力大小。 

液体与实心重垂7下面的接触面越大，液体的表面张力越大，表面张力越大时，天平称2越易产生张力导致错误的不平衡效果，从而不能正确反应浮力的效果。减少液体与实心重垂7下面的表面张力的方法是：两个实心重垂7的下面是相状、体积和重量都相同的锥体17。因两个实心重垂7下面有锥体17时，当液面接近锥尖，可更方便观察两个锥体17的锥尖是否在同一水平面。而如果两个实心重垂7的下面是平面，实心重垂7下面的平面略有不水平时，两个实心重垂7与液面接触的时间不同，获得的表面张力不同，不能真是体现两个实心重垂7在该状态获得的浮力大小。 

密封的空心管8和实心圆柱体9都是水平放在实心重垂7的上面，两者的下面与液体接触面小，其表面张力较小而不用作其它形状的改变减少张力。 

为了保证两个重物3不漂浮在液体表面，使两个实心重垂7、一个密封的空心管8和一个实心圆柱体9这四个物体都能全部淹在液体之中，实心重垂7最好用铁等比重大的金属材料，而且实心重垂7的重量大于密封的空心管8或实心圆柱体9的重量。 

发明专利的优点：用液体的表面上下变化代替两个被测浮力的物体上下移位来演示两个物体获得浮力大小的不同，解决了两个被测浮力的物体上下移位难以完全同步的问题，所以液体的表面上下变化使两个被测浮力的物体能同步进行浮力大小比较成为可能。两个被测浮力的物体能同步的与液体表面进行位置变化，使能使用天平称进行测定两个物体的浮力也成为可能。 

能同步的进行两个被测物的体浮力比较，使其把原来用两次测定物体在液体中的重量变化数值，变为天平称的一个倾斜状态或一个重量读数状态，因在一个状态就能表现两个重物的浮力大小，使演示效果更为直观，更能说明浮力大小与淹在液体中的体积有关，与液体密度有关，而与物体的重量无关。 

用软气囊10能巧妙的实现液体表面上升或下降能非常平稳，减小液体表面变化时的液体波动，从而减小液体表面变化时对天平称的影响，使演示更为精确可靠。 

分室13隔板12导通孔14上的囊袋16能使两种不同密度的液体，如清水和保和食盐水在两个分室13分别保持相同的液面高度，使其能在一个试验的一个状态演示两种不同密度的液体对相同体积物体的浮力大小不同。 

两个实心重垂7下面的锥体17使其与液体刚刚接触时，液体表面张力减小，并且两个锥体17能获得相同的表面张力，消除了表面张力对浮力产生误差的问题。两个锥体17的锥尖还有利于观察两个锥尖是否能同时接触液体表面，防止两个实心重垂7在液体中的体积不相同而产生的浮力误差。 

附图说明

图1是发明的结构示意图。 

图中：1是容器、2是天平称、3是重物、5是平衡杆、6是软绳、7是实心重垂、8是密封的空心管、9是实心圆柱体、10是软气囊、11是进出气管、12是隔板、13是分室、14是导通孔、15是开关、16是囊袋、17是锥体。 

具体实施方式

实施例1、在相同液体中，同时演示两个物体浮力的演示装置。 

在一个开口向上的长方形容器1中间用一块隔板12把容器1分为两个近似方形的分室13，隔板12上有导通两个分室13的导通孔14；把一个天平称2的中立柱与隔板12固定，使天平称2竖立的位于容器1之中，天平称2的平衡杆5两端分别用相同长度的软绳6悬挂有重物3；使两个分室13中分别都有一个重物3，平衡杆5两端分别到该边重物3的最下面的长度相同。平衡杆5的一端或两端有调节平衡的横向旋转调节柱。

并且平衡杆5两端的重物3的重量相同，两个重物3都有相状、体积和重量都相同的实心重垂7，其中一个重物3的实心重垂7与软绳6之间连接有密封的空心管8，另一个重物3的实心重垂7与软绳6之间连接有实心圆柱体9，密封的空心管8和实心圆柱体9的重量和直径相同，但密封的空心管8的长度大于实心圆柱体9的长度，密封的空心管8的体积大于实心圆柱体9的体度积。也就是平衡杆5一端悬挂有软绳6---密封的空心管8---实心重垂7；平衡杆5另一端悬挂有软绳6---实心圆柱体9---实心重垂7。两个实心重垂7是相状、体积和重量都相同的20克铁质砝码，密封的空心管8是直径为1.0cm，长为2.0cm的不绣钢管，并且不绣钢管的两端密封，水不能进入密封的空心管8中，密封的空心管8重量为5克。实心圆柱体9是直径为1.0cm，长为0.5cm的不绣钢短柱，水不进入实心圆柱体9中，实心圆柱体9重量为5克。两个重物3的总重量相同但总体积不同。 

本实施例的演示装置因隔板12上有导通孔14，适用于测定两个分室13中是相同液体，两个分室13的两种不同体积重物3在相同液体中获得的浮力大小。在演示不同体积重物3获得的浮力大小不同时，向分室13注入水或取出水要非常轻微，减少分室13的液体波动，防止液体中的重物3摆动。 

实施例2、用软气囊减小液体波动，在相同液体中，同时演示两个物体浮力的演示装置。 

如实施例1，并且在容器1的底部上连接有一个软气囊10，软气囊10上连接有进出气管11。进出气管11上设有开关15。软气囊10连接在容器1的底部保证了液体能淹没软气囊10，使其向软气囊10注入或放出气体都能改变液体的液面高度。特别是软气囊10体积用进出气体量来控制，方便了微量和缓慢改变液体的液面高度，减小液体波动，减小液体中的重物摆动，使天平称平稳并真实的表示重物3获得浮力的变化。

实施例3、用软气囊减小液体波动，可测定两种不同密度液体中的相同体积物体浮力不同的演示装置。 

如实施例2，并且隔板12的导通孔14上设有一个有一端开口的囊袋16，囊袋16的开口与导通孔14相通。囊袋16是塑料薄膜软袋。两个分室13中，一个分室13加入清水，另一个分室13加入保和食盐水，清水和保和食盐水的体积相同。

当向一个分室13中的软气囊10加入气体，软气囊10体积增大时，该分室13的部分液体进入囊袋16，并且囊袋16被压入另一个分室13，使两个分室13中的液面同时、同高度上升。达到两个分室13的不同液体的液面同时平衡上升的目的，而两个分室13的不同液体又不混合。 

两个实心重垂7的下面是相状、体积和重量都相同的锥体17，减小与液面的表面张力，使两个实心重垂7的受力更体现有浮力的作用。  

Claims (6)

1.两个重物的浮力大小同时比较演示装置，包括上方开口的容器（1）、天平称（2）和重物（3），其特征在于：容器（1）中间有一块隔板（12），隔板（12）把容器（1）分为两个分室（13），隔板（12）上有导通两个分室（13）的导通孔（14）；天平称（2）竖立的位于容器（1）之中，天平称（2）的平衡杆（5）两端分别用相同长度的软绳（6）悬挂有重物（3）；平衡杆（5）两端的重物（3）的重量相同，两个重物（3）都有相状、体积和重量都相同的实心重垂（7），其中一个重物（3）的实心重垂（7）与软绳（6）之间连接有密封的空心管（8），另一个重物（3）的实心重垂（7）与软绳（6）之间连接有实心圆柱体（9），密封的空心管（8）和实心圆柱体（9）的重量和直径相同，但密封的空心管（8）的长度大于实心圆柱体（9）的长度，密封的空心管（8）的体积大于实心圆柱体（9）的体度积。

2.根据权利要求1所述的两个重物的浮力大小同时比较演示装置，其特征在于：在容器（1）的底部或侧壁上连接有软气囊（10），软气囊（10）上连接有进出气管（11）。

3.根据权利要求1所述的，其特征在于：进出气管（11）上设有开关（15）。

4.根据权利要求1所述的两个重物的浮力大小同时比较演示装置，其特征在于：隔板（12）的导通孔（14）上设有一个有一端开口的囊袋（16），囊袋（16）的开口与导通孔（14）相通。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的两个重物的浮力大小同时比较演示装置，其特征在于：两个实心重垂（7）的下面是相状、体积和重量都相同的锥体（17）。

6.根据权利要求5所述的两个重物的浮力大小同时比较演示装置，其特征在于：实心重垂（7）的重量大于密封的空心管（8）或实心圆柱体（9）的重量。