CN107833509A - 一种用于物理教学的浮力实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于物理教学的浮力实验装置，其盛放槽的内部被分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体的子盛放槽，盛放槽上方通过伸缩纵向支杆和转动头设有多个通过卷绕机构以及拉绳连接的用不同材料制成的用于浮力实验的块体，各拉绳上还分别连接有拉力读数计；且各子盛放槽还分别通过出水嘴、套筒以及倾斜向下的出水通道连接储液瓶。本发明能够同时方便的演示各类不同液体以及不同材料块体之间的浮力实验，对不同种类的浮力实验能够做到浮力演示转换方便，灵活自由，并形成系列性的浮力实验比对效果，使学生能够灵活深刻的理解和掌握阿基米德定律，提升了教学效果。
Description
技术领域
本发明涉及物理教学实验装置领域，特别涉及一种用于物理教学的浮力实验装置。
背景技术
阿基米德定律是物理学中力学的一条基本原理，即：浸在液体(或气体)里的物体受到竖直向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。其公式可记为：F浮＝G排＝ρ液·g·V排液。
为了使学生能够很好的理解上述比较抽象的理论，在中学物理教学中往往通过一些浮力实验装置的演示来加深学生的记忆，从而促进对该理论的有效掌握。
然而目前中学物理研究浮力大小的实验装置比较简单，操作比较麻烦，可视性也不好，通常该类实验装置仅仅只能演示一种液体(例如水)的浮力效应，并且在操作时，将浮力排出的液体需要专门盛放进单独的容器内，这样的操作很不方便，不但容易使液体洒漏，而且需要再次进行浮力实验时，由于洒漏，往往需要再次补充液体，此外目前的这类装置只能实现单独的一种类型的重物在一种类型的液体中进行浮力演示，对于演示各类不同液体以及不同材料重物之间的浮力实验，必须不断的更换液体和重物种类，不但麻烦而且由于不能同时灵活的进行这些不同种类的浮力实验，因此不能形成一定的实验比对效应，致使学生不能灵活深刻的理解和掌握阿基米德定律，导致教学效果较差。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种用于物理教学的浮力实验装置。
本发明的技术方案是：一种用于物理教学的浮力实验装置，包括底座，所述底座上固定有盛放浮力实验液体的盛放槽，所述盛放槽的内部被纵向设置的隔板分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体的子盛放槽，所述盛放槽上方还固定有纵向支杆，所述纵向支杆的上端头套设有能够绕纵向支杆的轴线转动的转动头，所述转动头上固定有多个与各子盛放槽一一对应的横向杆，每个横向杆上均设有一卷绕机构，各卷绕机构上均卷绕有一拉绳，不同拉绳的下端头上分别扣接有用不同材料制成的用于浮力实验的块体，各拉绳上位于其所连接的块体的上方位置均连接一拉力读数计；不同子盛放槽内分别盛放有不同的浮力实验液体，且各子盛放槽的侧壁上分别设有出水嘴，各出水嘴上分别套设有与其滑动连接且能够绕其外侧壁的周向旋转的套筒，所述套筒与倾斜向下的出水通道连接，出水通道的下端连接储液瓶，储液瓶上设有用于读取储液瓶中储液体积的储液刻度；所述盛放槽和储液瓶均由透明材料制成。
上述出水嘴上设有绕其外侧壁周向的环形凹槽，所述套筒的端头设有绕其内侧壁周向的环形凸台，所述环形凸台位于环形凹槽内，使得所述套筒能够绕所述出水嘴的周向转动；所述出水通道、套筒以及出水嘴内部所构成的通道内还设有橡胶过水管，其中橡胶过水管的一端的外侧壁与出水通道的内侧壁之间密封粘接，橡胶过水管的另一端的外侧壁与出水嘴的内侧壁之间密封粘接。
上述卷绕机构包括卷绕轮，所述卷绕轮上卷绕所述拉绳；所述卷绕轮的内部为中空结构，所述横向杆通过轴承套设于所述卷绕轮内，其中轴承的内圈与横向杆固定，轴承的外圈与卷绕轮的中空内侧壁固定，使卷绕轮能够绕横向杆外侧壁的周向转动；所述卷绕轮的右端固定有旋转钮，卷绕轮的左端通过弹片与球形压紧头连接，所述横向杆的外侧壁上绕其周向开设有多个与所述球形压紧头相匹配的半球形凹槽，所述球形压紧头转动到其中一个半球形凹槽位置处时，在弹片弹力的作用下能够卡接于该半球形凹槽内。
上述盛放槽的内部空间形状为圆柱体，所述子盛放槽的数量为3个，各子盛放槽绕圆柱体的轴线设置；所述的不同种类的浮力实验液体包括水、煤油以及酒精；所述的用不同材料制成的用于浮力实验的块体包括用塑料材料制成的块体、用铜材料制成的块体以及用铝材料制成的块体。
上述块体的上端设有挂钩，所述拉绳的下端设有挂环，所述块体与拉绳通过挂钩和挂环可拆卸连接。
上述纵向支杆为长度可调节的伸缩杆。
上述横向杆为长度可调节的伸缩杆。
上述透明材料是玻璃或者有机玻璃。
上述储液瓶的底部设有放液阀。
上述各子盛放槽的外侧壁上分别粘贴有液体识别标签。
本发明的有益效果：本发明实施例中提供了一种用于物理教学的浮力实验装置，其盛放槽的内部被分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体的子盛放槽，盛放槽上方通过伸缩纵向支杆和转动头设有多个通过卷绕机构以及拉绳连接的用不同材料制成的用于浮力实验的块体，各拉绳上还分别连接有拉力读数计；且各子盛放槽还分别通过出水嘴、套筒以及倾斜向下的出水通道连接储液瓶；通过本发明的不同材料的块体在水平面内的转动交换，可实现不同材料的块体浸没于不同种类的液体中进行浮力实验，在某项浮力实验结束后通过将储液瓶以及出水通道进行180度的向上旋转操作即可实现储液瓶中被排出的液体完全回流进相对应的子盛放槽中，实现液体完全无洒漏的回流，方便了继续更换块体进行新类型的浮力实验；通过伸缩纵向支杆的伸缩能够快速实现不同的块体同时从各个子盛放槽中升起，同时通过转动头的转动使各个块体能够同时实现更换子盛放槽进行浮力实验的功能，从而使浮力实验类型丰富多彩。因此本发明能够同时方便的演示各类不同液体以及不同材料块体之间的浮力实验，对不同种类的浮力实验能够做到浮力演示转换方便，灵活自由，并形成系列性的浮力实验比对效果，使学生能够灵活深刻的理解和掌握阿基米德定律，提升了教学效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的卷绕机构结构示意图；
图3为本发明的出水嘴和套筒连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参见如图1，本发明实施例提供了一种用于物理教学的浮力实验装置，包括底座1，所述底座1上固定有盛放浮力实验液体的盛放槽2，所述盛放槽2的内部被纵向设置的隔板分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体8的子盛放槽9，所述盛放槽2上方还固定有纵向支杆11，所述纵向支杆11的上端头套设有能够绕纵向支杆11的轴线转动的转动头15，所述转动头15上固定有多个与各子盛放槽9一一对应的横向杆16，每个横向杆16上均设有一卷绕机构5，各卷绕机构5上均卷绕有一拉绳13，不同拉绳13的下端头上分别扣接有用不同材料制成的用于浮力实验的块体10，各拉绳13上位于其所连接的块体10的上方位置均连接一拉力读数计12；不同子盛放槽9内分别盛放有不同的浮力实验液体8，且各子盛放槽9的侧壁上分别设有出水嘴7，各出水嘴7上分别套设有与其滑动连接且能够绕其外侧壁的周向旋转的套筒6，所述套筒6与倾斜向下的出水通道4连接，出水通道4的下端连接储液瓶3，储液瓶3上设有用于读取储液瓶3中储液体积的储液刻度17；所述盛放槽2和储液瓶3均由透明材料制成。
进一步地，参见图3所示，所述出水嘴7上设有绕其外侧壁周向的环形凹槽7-1，所述套筒6的端头设有绕其内侧壁周向的环形凸台6-1，所述环形凸台6-1位于环形凹槽7-1内，使得所述套筒6能够绕所述出水嘴7的周向转动；所述出水通道4、套筒6以及出水嘴7内部所构成的通道内还设有橡胶过水管14，其中橡胶过水管14的一端的外侧壁与出水通道4的内侧壁之间密封粘接，橡胶过水管14的另一端的外侧壁与出水嘴7的内侧壁之间密封粘接。通过柔性的橡胶过水管能够实现一定的扭动，从而便于使储液瓶和出水通道实现180°的旋转，使储液瓶中的被排出液体回流进相连接的子盛放槽；橡胶过水管的两端与分别与出水通道以及出水嘴进行粘接密封连接，能够避免液体从出水嘴和套筒的连接处洒漏出。
进一步地，参见图2所示，所述卷绕机构5包括卷绕轮5-1，所述卷绕轮5-1上卷绕所述拉绳13；所述卷绕轮5-1的内部为中空结构，所述横向杆16通过轴承5-2套设于所述卷绕轮5-1内，其中轴承5-2的内圈与横向杆16固定，轴承5-2的外圈与卷绕轮5-1的中空内侧壁固定，使卷绕轮5-1能够绕横向杆16外侧壁的周向转动；所述卷绕轮5-1的右端固定有旋转钮5-3，卷绕轮5-1的左端通过弹片5-4与球形压紧头5-5连接，所述横向杆16的外侧壁上绕其周向开设有多个与所述球形压紧头5-5相匹配的半球形凹槽5-6，所述球形压紧头5-5转动到其中一个半球形凹槽5-6位置处时，在弹片5-4弹力的作用下能够卡接于该半球形凹槽5-6内。通过球形压紧头与半球形凹槽之间的卡接，在实验过程中，不使用手对卷绕机构进行转动时能够使卷绕轮自动静止住，以便方便的观察实验现象。
进一步地，所述盛放槽2的内部空间形状为圆柱体，所述子盛放槽9的数量为3个，各子盛放槽9绕圆柱体的轴线设置；所述的不同种类的浮力实验液体8包括水、煤油以及酒精；所述的用不同材料制成的用于浮力实验的块体10包括用塑料材料制成的块体、用铜材料制成的块体以及用铝材料制成的块体。
进一步地，所述块体10的上端设有挂钩，所述拉绳13的下端设有挂环，所述块体10与拉绳13通过挂钩和挂环可拆卸连接；通过挂钩和挂环可拆卸连接能够方便的直接更换块体进行新的浮力实验。
进一步地，所述纵向支杆11为长度可调节的伸缩杆。通过可伸缩的纵向支杆的伸缩能够快速实现不同的块体同时从各个子盛放槽中升起的功能，以便更换块体和液体进行新的浮力实验。
进一步地，所述横向杆16为长度可调节的伸缩杆。通过横向杆长度的调节可以在实验过程中使块体从子盛放槽的中央落下，便于实验观察。
进一步地，所述透明材料是玻璃或者有机玻璃。
进一步地，所述储液瓶3的底部设有放液阀18。
进一步地，所述各子盛放槽9的外侧壁上分别粘贴有液体识别标签19。通过液体识别标签能够方便的获知各个子盛放槽中的液体种类。
本发明的使用方法：通过逐渐向需要进行浮力实验的子盛放槽中注入浮力实验液体，当子盛放槽中的液体液位到达其出水嘴部位时，则会溢出，并通过倾斜向下的出水通道将溢出部分流入相连接的储液瓶，此时停止向出现溢出的子盛放槽注入液体，则以该子盛放槽此时的液位作为浮力实验开始时的液位，此时由于与该子盛放槽相连的储液瓶中已流入多余的已溢出的液体，则通过该储液瓶底部的放液阀将储液瓶中的液体排放干净，以准备浮力实验。通过对应的卷绕机构逐步释放对应的块体，使其逐渐部分没入或全部没入液体中，通过对应的拉力读数计即可读出拉绳对块体的拉力，而该块体的重力是事先已知的，则根据力的平衡原理，在块体部分浸没或全部浸没在液体中处于静止状态时，块体的重力减去拉力读数计显示的拉力即为块体受到液体的浮力；与此同时，通过读取对应的储液瓶中所收集到的块体排出的液体的体积，并将液体体积与重力加速度以及液体的密度相乘即得储液瓶中液体的重力，通过将储液瓶中的液体重力和块体受到的浮力相对比即可获知二者相等(刨除不可避免的误差)，从而验证了阿基米德定律；实验完后，将块体从液体中升起，并将储液瓶连同出水通道进行180度的向上旋转操作，即可实现储液瓶中收集的液体完全回流进与其相连的子盛放槽中，实现液体完全无洒漏的回流，方便了继续更换块体进行新类型的浮力实验。
综上所述，本发明实施例提供了一种用于物理教学的浮力实验装置，其盛放槽的内部被分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体的子盛放槽，盛放槽上方通过伸缩纵向支杆和转动头设有多个通过卷绕机构以及拉绳连接的用不同材料制成的用于浮力实验的块体，各拉绳上还分别连接有拉力读数计；且各子盛放槽还分别通过出水嘴、套筒以及倾斜向下的出水通道连接储液瓶；通过本发明的不同材料的块体在水平面内的转动交换，可实现不同材料的块体浸没于不同种类的液体中进行浮力实验，在某项浮力实验结束后通过将储液瓶以及出水通道进行180度的向上旋转操作即可实现储液瓶中被排出的液体完全回流进相对应的子盛放槽中，实现液体完全无洒漏的回流，方便了继续更换块体进行新类型的浮力实验；通过伸缩纵向支杆的伸缩能够快速实现不同的块体同时从各个子盛放槽中升起，同时通过转动头的转动使各个块体能够同时实现更换子盛放槽进行浮力实验的功能，从而使浮力实验类型丰富多彩。因此本发明能够同时方便的演示各类不同液体以及不同材料块体之间的浮力实验，对不同种类的浮力实验能够做到浮力演示转换方便，灵活自由，并形成系列性的浮力实验比对效果，使学生能够灵活深刻的理解和掌握阿基米德定律，提升了教学效果。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于物理教学的浮力实验装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)上固定有盛放浮力实验液体的盛放槽(2)，所述盛放槽(2)的内部被纵向设置的隔板分割为多个用于盛放不同种类的浮力实验液体(8)的子盛放槽(9)，所述盛放槽(2)上方还固定有纵向支杆(11)，所述纵向支杆(11)的上端头套设有能够绕纵向支杆(11)的轴线转动的转动头(15)，所述转动头(15)上固定有多个与各子盛放槽(9)一一对应的横向杆(16)，每个横向杆(16)上均设有一卷绕机构(5)，各卷绕机构(5)上均卷绕有一拉绳(13)，不同拉绳(13)的下端头上分别扣接有用不同材料制成的用于浮力实验的块体(10)，各拉绳(13)上位于其所连接的块体(10)的上方位置均连接一拉力读数计(12)；不同子盛放槽(9)内分别盛放有不同的浮力实验液体(8)，且各子盛放槽(9)的侧壁上分别设有出水嘴(7)，各出水嘴(7)上分别套设有与其滑动连接且能够绕其外侧壁的周向旋转的套筒(6)，所述套筒(6)与倾斜向下的出水通道(4)连接，出水通道(4)的下端连接储液瓶(3)，储液瓶(3)上设有用于读取储液瓶(3)中储液体积的储液刻度(17)；所述盛放槽(2)和储液瓶(3)均由透明材料制成。
2.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述出水嘴(7)上设有绕其外侧壁周向的环形凹槽(7-1)，所述套筒(6)的端头设有绕其内侧壁周向的环形凸台(6-1)，所述环形凸台(6-1)位于环形凹槽(7-1)内，使得所述套筒(6)能够绕所述出水嘴(7)的周向转动；所述出水通道(4)、套筒(6)以及出水嘴(7)内部所构成的通道内还设有橡胶过水管(14)，其中橡胶过水管(14)的一端的外侧壁与出水通道(4)的内侧壁之间密封粘接，橡胶过水管(14)的另一端的外侧壁与出水嘴(7)的内侧壁之间密封粘接。
3.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述卷绕机构(5)包括卷绕轮(5-1)，所述卷绕轮(5-1)上卷绕所述拉绳(13)；所述卷绕轮(5-1)的内部为中空结构，所述横向杆(16)通过轴承(5-2)套设于所述卷绕轮(5-1)内，其中轴承(5-2)的内圈与横向杆(16)固定，轴承(5-2)的外圈与卷绕轮(5-1)的中空内侧壁固定，使卷绕轮(5-1)能够绕横向杆(16)外侧壁的周向转动；所述卷绕轮(5-1)的右端固定有旋转钮(5-3)，卷绕轮(5-1)的左端通过弹片(5-4)与球形压紧头(5-5)连接，所述横向杆(16)的外侧壁上绕其周向开设有多个与所述球形压紧头(5-5)相匹配的半球形凹槽(5-6)，所述球形压紧头(5-5)转动到其中一个半球形凹槽(5-6)位置处时，在弹片(5-4)弹力的作用下能够卡接于该半球形凹槽(5-6)内。
4.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述盛放槽(2)的内部空间形状为圆柱体，所述子盛放槽(9)的数量为3个，各子盛放槽(9)绕圆柱体的轴线设置；所述的不同种类的浮力实验液体(8)包括水、煤油以及酒精；所述的用不同材料制成的用于浮力实验的块体(10)包括用塑料材料制成的块体、用铜材料制成的块体以及用铝材料制成的块体。
5.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述块体(10)的上端设有挂钩，所述拉绳(13)的下端设有挂环，所述块体(10)与拉绳(13)通过挂钩和挂环可拆卸连接。
6.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述纵向支杆(11)为长度可调节的伸缩杆。
7.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述横向杆(16)为长度可调节的伸缩杆。
8.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述透明材料是玻璃或者有机玻璃。
9.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述储液瓶(3)的底部设有放液阀(18)。
10.如权利要求1所述的一种用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于，所述各子盛放槽(9)的外侧壁上分别粘贴有液体识别标签(19)。
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| CN107833509B (zh) | 2020-02-21 |
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