CN112002194A - 浮力综合实验仪 - Google Patents

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杨广武
朱飞
刘翰颀
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Tianjin Yiyang Huarui Technology Co ltd
Tianjin Chengjian University
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Tianjin Yiyang Huarui Technology Co ltd
Tianjin Chengjian University
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Abstract

本发明涉及实验仪器技术领域，尤其涉及一种浮力综合实验仪，包括支架横梁、两个支架立柱、两个倒T型支架底座、位移尺安装座、位移尺锁紧顶丝、数显位移尺、拉力传感器、挂钩、位移显示屏、拉力显示屏、压力计底座、压力传感器、压力计托盘、压力显示屏、计算结果显示屏、电控盒、溢水杯和定滑轮。仪器功能全面，可以通过实验解决浮力、密度内容的大部分问题。

Description

浮力综合实验仪
技术领域
本发明涉及实验仪器技术领域，尤其涉及一种浮力综合实验仪。
背景技术
浮力是一个非常多功能的物理量，我们可以通过浮力解决很多问题。比如求解液体密度ρ液，物体密度ρ物，物体体积V物，排水量m排等。可以说浮力是初中力学部分的综合应用，是很多知识的中心纽带。涉及浮力的知识点和习题都比较综合，学生感觉难度较大。近几年根据课标要求，浮力难度在逐渐降低，但大部分初三学生还是谈“浮”色变。原因主要在于浮力题中的情景比较抽象，不方便学生建构。一般实验中浮力的测量至少由2步完成，不便于学生思考浮力的等量关系。实验室现有的仪器无法全面定量测量浮力、拉力、重力的关系，专利技术多采用弹簧拉力计、电子秤或市场上的数显拉力计，没有数值显示屏幕或屏幕小显示亮度不够，普通液晶屏无法让全班同学都看见实验结果。现有技术方案没有能够同时测量拉力和压力以及显示计算结果的功能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种浮力综合实验仪。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种浮力综合实验仪，其特征在于：包括支架横梁、两个支架立柱、两个倒T型支架底座、位移尺安装座、位移尺锁紧顶丝、数显位移尺、拉力传感器、挂钩、位移显示屏、拉力显示屏、压力计底座、压力传感器、压力计托盘、压力显示屏、计算结果显示屏、电控盒、溢水杯和定滑轮；两个支架立柱与两个倒T型支架底座采用套管结构立式安装，通过支架立柱并用支架升降锁紧螺丝定位支架的高度；数显位移尺通过位移尺安装座垂直安装在支架横梁上，数显位移尺沿位移尺安装座上下移动，并由位移尺锁紧顶丝锁定位置，位移尺的深度位置由安装在支架横梁上的位移显示屏显示；拉力传感器安装在数显位移尺的下端，挂钩安装在拉力传感器的下端，挂钩上的拉力通过拉力显示屏显示；压力传感器安装在压力计底座和压力计托盘之间，上述三者构成整体，与支架分离，独立移动；压力计托盘上的通过压力显示屏显示；其中一个支架立柱上安装电控盒，电控盒上有计算结果显示屏，通过切换功能按钮，显示计算结果；所述定滑轮设置在溢水杯内，溢水杯的上部带有溢水管，升降台位于所述溢水杯的一侧，升降台上设有量筒，量筒上方位于所述溢水管的下方。
优选地，所述拉力显示屏、压力显示屏、计算结果显示屏分别为为高亮数码显示管显示屏，每个屏显示尺寸不小于宽72mm*高37mm，三个显示屏都安装在电控盒上，这三个显示屏分别装有清零按钮。
优选地，电控盒开关控制传感器和三个显示屏的电源，总电源从电源输入插孔接入。
优选地，溢水杯为上部带有溢水管的透明杯。
有益效果：1、仪器功能全面，可以通过实验解决浮力、密度内容的大部分问题。
2、传感器和大屏幕高亮度数码显示屏的应用，可以在教室内让全班同学看得见实验数据，适合教师课堂演示。
3、支架可以升降，携带时降下来减小体积，使用时根据实验需要方便设置高度。
4、压力测量模块与支架分离设计，可以根据实验需要自由移动压力测量模块，压力测量模块上的容器高度可以不限。
5、数显位移尺的使用，既可以使物理垂直准确放入液体中，又可以量化显示物理入水的深度。
6、计算结果显示功能，拉力显示屏可以直接显示物体的重力，压力显示屏可以显示物体所受浮力的大小，而第三块显示屏有两个功能，第一个功能是可以把拉力显示屏和压力显示屏上的数值的和直观的显示出来，可以更好的验证阿基米德原理。第二个功能是把拉力显示屏和压力显示屏上的数值相加后再除以压力显示屏上的数值，可以方便计算重物的密度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器或特征与其他器或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器被倒置，则描述为“在其他器或构造上方”或“在其他器或构造之上”的器之后将被定位为“在其他器或构造下方”或“在其他器或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
本发明吊顶的结构如图1所示，一种浮力综合实验仪，其特征在于：包括支架横梁1、两个支架立柱2、两个倒T型支架底座3、位移尺安装座5、位移尺锁紧顶丝6、数显位移尺7、拉力传感器8、挂钩9、位移显示屏10、拉力显示屏11、压力计底座12、压力传感器13、压力计托盘14、压力显示屏15、计算结果显示屏16、电控盒23、溢水杯24和定滑轮25；两个支架立柱2与两个倒T型支架底座3采用套管结构立式安装，通过支架立柱2并用支架升降锁紧螺丝4定位支架的高度；数显位移尺通过位移尺安装座垂直安装在支架横梁上，数显位移尺沿位移尺安装座上下移动，并由位移尺锁紧顶丝锁定位置，位移尺的深度位置由安装在支架横梁上的位移显示屏显示；位移显示屏8具有开关、单位切换按钮17、清零按钮18。拉力传感器安装在数显位移尺的下端，挂钩安装在拉力传感器的下端，挂钩上的拉力通过拉力显示屏显示；压力传感器安装在压力计底座和压力计托盘之间，上述三者构成整体，与支架分离，独立移动；压力计托盘上的通过压力显示屏显示；其中一个支架立柱上安装电控盒，电控盒上设有开关21，电控盒上有计算结果显示屏，通过切换(拉力+压力)显示按钮19和[(拉力+压力)/压力]显示按钮20，可以显示(拉力+压力)或[(接力+压力)/压力]的计算结果每个屏显示尺寸不小于(宽72mm*高37mm)，三个显示屏都安装在电控盒上，这三个显示屏分别装有清零按钮；拉力传感器和压力传感器都装有质量(克或千克)/力(牛顿)单位切换功能按钮。电控盒开关控制传感器和三个显示屏的电源，总电源从电源输入插孔22接入。
所述定滑轮设置在溢水杯内，溢水杯的上部带有溢水管，升降台26位于所述溢水杯的一侧，升降台上设有量筒27，量筒上方位于所述溢水管的下方。
使用方法
1、测密度大于水的物体所受的浮力
首先将拉力显示屏清零，将与细线连接的物体挂在拉力传感器的挂钩上，测出物体重力。然后在压力计托盘上放上滑轮溢水杯(或其他透明水杯)并将压力显示屏清零。通过改变数显位移尺的高度将物体缓慢浸入水中，此时压力显示屏上显示的数值即物体所受浮力。在不同位置稍作停留观察拉力、压力测量结果，验证拉力+浮力(即压力)是否等于物理重力。
2、用坠物法测量密度小于水的物体浮力
将滑轮溢水杯放在压力计托盘上，将密度小于水的物体A下边用细线连一密度大于小的物体B，将物体A上边用细线挂在拉力计的挂钩上，让物体B完全浸入水中而物体A在空气中，将压力传感器清零。将物体A全部浸入水中，注意物体B不要碰到杯底，稳定后压力显示屏上的数值即为密度小于水的物体A的浮力。
3、阿基米德原理的实验
阿基米德定律：浸入静止流体中的物体受到一个浮力，其大小等于该物体所排开的流体重量。即F浮＝G水。
将滑轮溢水杯放在升降台上，将物体悬挂在拉力传感器的挂钩上，记下拉力传感器的数值F拉1，即是物体的重量。将量筒放在压力计托盘上，在滑轮溢水杯中注水直到水溢出到量筒中，将量筒中的水倒掉擦干，量筒重新放回压力计托盘上，然后将压力显示屏清零。将物体完全浸入滑轮溢水杯的水中，用量筒接住滑轮溢水杯溢出的水，压力显示屏显示的数值就是滑轮溢水杯溢出水的重量G水。切换计算结果显赫屏的功能让其显示(拉力+压力)，这时会发现此时物体完全浸没时的F拉2+G水＝F拉1。
5、剖析浮力变化过程
压力显示屏清零。把通过小瓶和注射器组成的自制简易“潜水艇”放入滑轮溢水杯中，可以在压力显示屏上看出，当“潜水艇”完全浸入水中后，无论怎么改变“潜水艇”的深度，压力显示屏上的数值都不会发生改变。从而验证了完全浸入水中的物体，其浮力与深度无关。
6、测量浸没物体的密度
将物体挂在数显位移尺的挂钩上，此时拉力显示屏上显示的是物体的重量记做G物。将溢水杯放在压力计托盘上，压力显示屏清零。通过调节数显位移尺的高度，缓慢的将物体完全浸入水中，此时压力显示屏显示的是浮力F浮，拉力显示屏示数为重力与浮力的差G1＝G物-F浮，由阿基米德原理得浮力等于排开水的重力即F浮＝G水＝ρ水gV排，而排开水的体积等于物体的体积，完全浸入时V排＝V物，从而有V物＝F浮/(ρ水g),根据G物＝mg＝ρ物gV物，整理公式得
ρ物＝G物/gV物＝(G1+F浮)ρ水/F浮＝[(G1+F浮)ρ水/F浮]ρ水
因此，由于水的密度可认为是1*103kg/m，将计算结果显示屏切换到[(拉力+压力)/压力]显示状态，单位定为103kg/m3，显示结果就是被测物理的密度。
6、物理题情景再现，帮助学对难题建构
实验示仪上的深度测量装置可以帮助学生再现如下的物理情境，帮助学生解决对难题的模型再现，突破学生建构的难点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种浮力综合实验仪，其特征在于：包括支架横梁、两个支架立柱、两个倒T型支架底座、位移尺安装座、位移尺锁紧顶丝、数显位移尺、拉力传感器、挂钩、位移显示屏、拉力显示屏、压力计底座、压力传感器、压力计托盘、压力显示屏、计算结果显示屏、电控盒、溢水杯和定滑轮；两个支架立柱与两个倒T型支架底座采用套管结构立式安装，通过支架立柱并用支架升降锁紧螺丝定位支架的高度；数显位移尺通过位移尺安装座垂直安装在支架横梁上，数显位移尺沿位移尺安装座上下移动，并由位移尺锁紧顶丝锁定位置，位移尺的深度位置由安装在支架横梁上的位移显示屏显示；拉力传感器安装在数显位移尺的下端，挂钩安装在拉力传感器的下端，挂钩上的拉力通过拉力显示屏显示；压力传感器安装在压力计底座和压力计托盘之间，上述三者构成整体，与支架分离，独立移动；压力计托盘上的通过压力显示屏显示；其中一个支架立柱上安装电控盒，电控盒上有计算结果显示屏，通过切换功能按钮，显示计算结果；所述定滑轮设置在溢水杯内，溢水杯的上部带有溢水管，升降台位于所述溢水杯的一侧，升降台上设有量筒，量筒上方位于所述溢水管的下方。
2.根据权利要求1所述的浮力综合实验仪，其特征在于：所述拉力显示屏、压力显示屏、计算结果显示屏分别为为高亮数码显示管显示屏，每个屏显示尺寸不小于宽72mm*高37mm，三个显示屏都安装在电控盒上，这三个显示屏分别装有清零按钮。
3.根据权利要求1所述的浮力综合实验仪，其特征在于：电控盒开关控制传感器和三个显示屏的电源，总电源从电源输入插孔接入。
4.根据权利要求1所述的浮力综合实验仪，其特征在于：溢水杯为上部带有溢水管的透明杯。
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