CN113240981A - 一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及浮力测试技术领域，具体为一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，通过设置收拉机构与浮力件相连，实现浮力件在盛水箱内的自动升降，并再设置蓄水箱，当浮力件升至最高处时与蓄水箱相配合，蓄水箱将溶液注入浮力件内部，改变浮力件质量，反复进行多次实验，观察浮力件在溶液中从漂浮至悬浮最后到沉没的三种状态，并通过实验过程中测量机构和称重器得出的数据进行相关计算，从而解决了既能明朗地观察到物体在溶液中从漂浮到沉没的变化，又可以结合相关数据来验证物体置于溶液中呈现不同现象时二者之间相对密度存在的关系的技术问题。

Description

一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法

技术领域

本发明涉及浮力测试技术领域，尤其涉及一种组合测量及其数据验证物理基 础的操作方法。

背景技术

物理课程教学中，浮力现象是物理课程的重点内容，液体浮力产生的原因以 及影响浮力的因素始终是教学的难点。浮力的大小只与物体所排开液体的体积及 液体的密度有关，而与物体所在的深度无关，当液体密度不变时，物体排开液体 的体积越大，浮力越大；当物体排开的液体体积不变时，液体密度越大，浮力越 大；当液体密度和排开液体体积的乘积越大，浮力越大。

专利号为CN201810568608.2的专利文献公开了一种物理的浮力实验教学装 置，包括演示容器和置于演示容器内的浮力球体，其特征是：在演示容器一端设 有导向支撑管，导向支撑管分别与演示容器上端的出水口、演示容器下端的进水 口连通，在导向支撑管上设有水阀开关；演示容器的另一端设有用于排气的出气 管。

但是，在实际使用过程中，发明人发现通过该装置只能观测到实验现象，无 法结合一定的数据对浮力问题加以准确的验证，且一般实验仪器在使用时只是简 单验证了阿基米德定律，而物体置于液体中时，会出现漂浮、沉没及悬浮三种状 态，而出现此三种状态往往取决于物体与液体之间相对密度大小，现急需一种装 置能帮助学生通过实验解决此技术问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足之处，通过设置收拉机构与浮力件相 连，实现浮力件在盛水箱内的自动升降，并再设置蓄水箱，当浮力件升至最高处 时与蓄水箱相配合，蓄水箱将溶液注入浮力件内部，改变浮力件质量，反复进行 多次实验，观察浮力件在溶液中从漂浮至悬浮最后到沉没的三种状态，并通过实 验过程中测量机构和称重器得出的数据进行相关计算，从而解决了既能明朗地观 察到物体在溶液中从漂浮到沉没的变化，又可以结合相关数据来验证物体置于溶 液中呈现不同现象时二者之间相对密度存在的关系问题。

针对以上技术问题，采用技术方案如下：

一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，

步骤一：人工启动电机的启动开关的正转按钮，带动两处的第一驱动部同时 传动，进而分别带动两处收拉机构传动，第二齿轮带动绕线柱转动，一头固定在 绕线柱上的细线慢慢缠绕收聚，同时浮力件被慢慢向上拉起并最终与蓄水箱下端 的对接管配合对接，并通过启动开关关停电机；

步骤二：人工分别向两个盛水箱内灌入溶液a和溶液b至液面与溢出口的最 低处相平；

步骤三：人工启动电机的启动开关的反转按钮，相对于步骤一，两处的第一 驱动部同时进行反向传动，带动两处收拉机构传动，第二齿轮带动绕线柱转动， 细线逐渐放松，浮力件慢慢脱离蓄水箱，细线完全放松后，浮力件落入盛水箱内 并漂浮在液面上，同时通过溢出口排出溶液，过程中电机反转进行与正转相同时 间后自动关闭；

步骤四：排出溶液分别进入测量机构内，通过量杯读出第一次排出溶液的体 积V_排a和V_排b，通过电子秤读出m_排a和m_排a，并通过公式m＝ρ·V，得出ρ_液a和 ρ_液b；

步骤五：人为向两处的蓄水箱及储水箱内的两个储水空间灌入与盛水箱对应 的溶液a和溶液b，并记录两侧称重器显示的数值m_a总和m_b总，该数值分别为加入 的溶液a和溶液b的质量；

步骤六：重复步骤一的工作，此时，浮力件在向上升起的过程中，第二驱动 部同时经电机带动进行传动，并将两处储水空间下的第二开关单元打开，溶液a 和溶液b分别补充灌入盛水箱内；浮力件上部的对接部经对接管呈喇叭状的下端 部引导逐渐上升配合进入对接管内部，接着传动杆与传动部相触碰，随着浮力件 继续向上运动，传动杆向下带动第一齿条向下运动，第一齿轮跟着转动，带动球 阀转动打开通道，当传动件运动到极限位置后，浮力件继续向上运动，传动部开 始向上带动第一闸板向上运动，注水口被打开，溶液a和溶液b分别从两处蓄水 箱内进入到浮力件内部的储水空间，此时关停电机，并在一定时间后再次重启电 机反转，第二驱动部反向传动带动第二开关单元，第二闸板复位关闭灌液通道， 接着人为摇动摇杆，通过圆杆0相连两处的电子秤及量杯同时向下转动，两个量 杯内部的均溶液倒入回收箱内，接着反转摇杆快速复位电子秤及量杯；与此同时 细线放松，浮力件向下运动，传动部受到的向上作用力逐渐减小，同时在蓄水箱 内部的水压作用下，配合第一弹簧0的弹性拉力，第一闸板向下运动关闭注水口， 随着浮力件的继续下落，传动部与传动杆分离，在第二弹簧0的弹性作用力下， 第一齿条向上运动，带动第一齿轮转动，球阀转动关闭通道，浮力件落入盛水箱 内并再次排出溶液。

步骤七：重复步骤四，得出ρ_a和ρ_b；读出两侧称重器数据m_a及m_b，通过数 据相减m_a总-m_a和m_b总-m_b得出分别加入浮力件内部的溶液a和溶液b的质量m_a加及 m_b加，并分别与浮力件自身的质量m_物a初及m_物b初相加得出此时浮力件的质量m_物a＝m _物a初+m_a加，m_物b＝m_物b初+m_b加，通过已知的浮力件体积V_物a、V_物b，利用公式m＝ρ·V， 得出ρ_物a和ρ_物b；

步骤八：重复步骤六、步骤七并记录数据和每次浮力件在溶液中的状态，直 至两处浮力件均沉没与溶液中，通过多次测量排液的密度ρ_液an和ρ_液bn相加处理 得出平均值即为溶液a和溶液b的密度ρ_液a及ρ_液b，并与每次的ρ_物a和ρ_物b进行 对比，结合两个浮力件分别在溶液中的状态，得出实验结论。

作为优选，所述浮力件表面均涂满纳米材料。

作为优选，所述电机启动正转工作5-10s。

作为优选，所述电机反转与正转工作时间一致。

作为优选，所述电机通过设置行程限位实现自动关停。

作为优选，所述步骤六开始，所述电机正转工作结束后每间隔5-10s即开启 反转。

作为优选，所述溶液a与溶液b的密度不同，并均大于所述浮力件的初始密 度。

作为优选，所述第二开关单元设置有滑槽，所述第二闸板与所述滑槽紧密配 合，可前后滑动设置。

作为优选，所述对接管的外侧管壁内开通设置有倒L型过线通道，所述细线 穿过所述过线通道与所述浮力件相连。

作为优选，所述蓄水箱下安装有定滑轮，所述定滑轮位于所述对接管和所述 绕线柱之间，所述细线经所述定滑轮后穿过过线通道设置。

本发明的有益效果：

(1)本发明中通过设置收拉机构与浮力件相连，实现浮力件在盛水箱内的自 动升降，并再设置蓄水箱，当浮力件升至最高处时与蓄水箱相配合，蓄水箱将溶 液注入浮力件内部，改变浮力件质量，反复进行多次实验，观察浮力件在溶液中 从漂浮至悬浮最后到沉没的三种状态，并通过实验过程中测量机构和称重器得出 的数据进行相关计算，从而解决了既能明朗地观察到物体在溶液中从漂浮到沉没 的变化，又可以结合相关数据来验证物体置于溶液中呈现不同现象时二者之间相 对密度存在的关系的技术问题；

(2)本发明中通过收拉机构，每进行一次实验后，储水箱就开始向盛水箱内 补充液体至液位处于溢出口处，储水箱开始进行溶液补充工作时，收拉机构同时 工作将浮力件拉起，使之脱离盛水箱，保证每次实验进行前，盛水箱内的溶液都 处于统一液位，且全程自动完成一系列工作，无需人工操作，保证了实验的准确 性；

(3)本发明中通过两个大小一致并排设置的储液箱，可以同时进行两组实验， 在两个储液箱内分别放入不同的液体，通过两组实验数据相互验证，使得实验结 果更加准确；

(4)本发明中通过设置回收箱，每次进行实验后两处量杯内的溶液都可直接 倒入回收箱内，通过回收箱收集之后再补充进入储液箱或者蓄水箱内，更加环保 且节省了资源。

综上所述，该本发明具有结构简单、检测精准且易控制的优点，尤其适用于 浮力测试技术领域。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实 施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他附图。

图1为组合测量及其数据验证物理基础的操作方法的整体流程结构示意图。

图2为组合测量及其数据验证物理基础的操作方法的实验用具俯视结构示 意图。

图3测重注水箱剖视结构示意图。

图4为浮力件剖视结构之一示意图。

图5为浮力件剖视结构之二示意图。

图6为浮力件位于蓄水箱之下的结构示意图。

图7为浮力件与蓄水箱配合打开球阀的结构示意图。

图8为浮力件与蓄水箱配合开始注水的结构示意图。

图9为收拉机构与第一驱动部配合机构示意图。

图10为收拉机构主体结构示意图。

图11为储水箱与第二开关单元配合剖视结构示意图。

图12为灌水机构结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明。

实施例一

如图1与图2所示，一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，包括：

步骤一：人工启动电机61的启动开关611的正转按钮，带动两处的第一驱 动部43同时传动，进而分别带动两处收拉机构42传动，第二齿轮424带动绕线 柱23转动，一头固定在绕线柱423上的细线50慢慢缠绕收聚，同时浮力件5 被慢慢向上拉起并最终与蓄水箱412下端的对接管413配合对接，并通过启动开 关611关停电机61；

步骤二：人工分别向两个盛水箱2内灌入溶液a和溶液b至液面与溢出口 21的最低处相平；

步骤三：人工启动电机61的启动开关611的反转按钮，相对于步骤一，两 处的第一驱动部43同时进行反向传动，带动两处收拉机构42传动，第二齿轮 424带动绕线柱423转动，细线50逐渐放松，浮力件5慢慢脱离蓄水箱412，细 线50完全放松后，浮力件5落入盛水箱2内并漂浮在液面上，同时通过溢出口 21排出溶液，过程中电机61反转进行与正转相同时间后自动关闭；

步骤四：排出溶液分别进入测量机构7内，通过量杯73读出第一次排出溶 液的体积V_排a1和V_排b1，通过电子秤72读出m_排a1和m_排a2，并通过公式m＝ρ·V， 得出ρ_液a1和ρ_液b1；

步骤五：人为向两处的蓄水箱412及储水箱31内的两个储水空间312灌入 与盛水箱2对应的溶液a和溶液b，并记录两侧称重器411显示的数值m_a总和m_b总，该数值分别为加入的溶液a和溶液b的质量；

步骤六：重复步骤一的工作，此时，浮力件5在向上升起的过程中，第二驱 动部33同时经电机61带动进行传动，并将两处储水空间312下的第二开关单元 32打开，溶液a和溶液b分别补充灌入盛水箱2内；浮力件5上部的对接部51 经对接管413呈喇叭状的下端部引导逐渐上升配合进入对接管413内部，接着传 动杆531与传动部4142相触碰，随着浮力件5继续向上运动，传动杆531向下 带动第一齿条532向下运动，第一齿轮522跟着转动，带动球阀52转动打开通 道511，当传动件53运动到极限位置后，浮力件5继续向上运动，传动部4142 开始向上带动第一闸板4141向上运动，注水口4121被打开，溶液a和溶液b 分别从两处蓄水箱412内进入到浮力件5内部的储水空间541，此时关停电机61， 并在一定时间后再次重启电机61反转，第二驱动部33反向传动带动第二开关单 元32，第二闸板325复位关闭灌液通道324，接着人为摇动摇杆722，通过圆杆 720相连两处的电子秤72及量杯73同时向下转动，两个量杯73内部的均溶液 倒入回收箱74内，接着反转摇杆722快速复位电子秤72及量杯73；与此同时 细线50放松，浮力件5向下运动，传动部4142受到的向上作用力逐渐减小，同 时在蓄水箱412内部的水压作用下，配合第一弹簧4140的弹性拉力，第一闸板 4141向下运动关闭注水口4121，随着浮力件5的继续下落，传动部4142与传动 杆531分离，在第二弹簧530的弹性作用力下，第一齿条532向上运动，带动第 一齿轮522转动，球阀52转动关闭通道511，浮力件5落入盛水箱2内并再次 排出溶液。

步骤七：重复步骤四，得出ρ_a2和ρ_b2；读出两侧称重器411数据m_a1及m_b1， 通过数据相减m_a总-m_a1和m_b总-m_b1得出分别加入浮力件5内部的溶液a和溶液b的 质量m_a加1及m_b加1，并分别与浮力件5自身的质量m_物a初及m_物b初相加得出此时浮 力件5的质量m_物a1＝m_物a初+m_a加1，m_物b1＝m_物b初+m_b加1，通过已知的浮力件5体积V_物a、V_物b，利用公式m＝ρ·V，得出ρ_物a1和ρ_物b1；

步骤八：重复步骤六、步骤七并记录数据和每次浮力件5在溶液中的状态， 直至两处浮力件5均沉没与溶液中，通过多次测量排液的密度ρ_液an和ρ_液bn相加 处理得出平均值即为溶液a和溶液b的密度ρ_液a及ρ_液b，并与每次的ρ_物a和ρ_物b进行对比，结合两个浮力件5分别在溶液中的状态，得出实验结论。

进一步，所述浮力件5表面均涂满纳米材料。

进一步，所述电机61启动正转工作15-30s。

进一步，所述电机61反转与正转工作时间一致。

进一步，所述电机61通过设置行程限位实现自动关停。

进一步，步骤六开始，所述电机61正转工作结束后每间隔5-10s即开启反 转。

需要说明的是，电机61开启正转工作结束后，储水箱31的灌水口313还处 于打开状态，此时若盛水箱2内的溶液均已达到标准水位线，溶液就会从溢出口 21处溢出，此时量杯73仍处于倒置状态，溶液不会进入量杯73内，在电机61 进行反转工作时，储水箱31的灌水口313关闭后，才人为地将量杯73迅速摆正 归位。

进一步，所述溶液a与溶液b的密度不同，并均大于所述浮力件5的初始密 度。

如图3所示，进一步，所述对接管413的外侧管壁内开通设置有倒L型过线 通道4131，所述细线50穿过所述过线通道4131与所述浮力件5相连。

如图6所示，进一步，所述蓄水箱412下安装有定滑轮425，所述定滑轮位 于所述对接管413和所述绕线柱23之间，所述细线50经所述定滑轮425后穿过 过线通道4131设置。

如图11所示，进一步，所述第二开关单元32设置有滑槽322，所述第二闸 板325与所述滑槽322紧密配合，可前后滑动设置。

实施例二

如1、图2所示，其中与实施例一中相同或相应的部件采用与实施例一相应 的附图标记，为简便起见，下文仅描述与实施例一的区别点。该实施例二与实施 例一的不同之处在于：

一种关于阿基米德原理精准测量实验室用具，包括机架1和两个大小一致且 并排设置的盛水箱2，所述盛水箱2的前端均开设有溢出口21，还包括：

灌水机构3，所述灌水机构3安装于所述机架1上，其分别向两个所述盛水 箱2进行灌水工作；

两个注液增重机构4，所述注液增重机构4与所述盛水箱2一一对应安装于 所述机架1上，并均位于所述盛水箱2的上方，其对用于进行浮力测试的浮力件 5进行注液增重工作，所述浮力件5用于在所述盛水箱2内进行浮力实验；

驱动机构6，所述驱动机构6安装于所述机架1的一侧，其用于驱动所述灌 水机构3及两个注液增重机构4同时工作；

两个测量机构7，所述测量机构7与所述盛水箱2一一对应安装于所述盛水 箱2的前侧，其均用于接收测量从所述溢出口21处溢出的溶液。

需要说明的是，作为实验所用的浮力件5的净重及体积为已知量，净重时可 以漂浮在水上。进行第一次实验时，两个注液增重机构4内空置，先把两种不同 的溶液分别灌至盛水箱2内，浮力件5放下后进行第一次浮力测试，接着对应盛 水箱2分别向注液增重机构4内灌入相同的溶液。从第二轮实验开始，注液增重 机构4开始向浮力件5内注入液体进行增重。

如图1所示，进一步地，所述注液增重机构4均包括：

测重注水箱41，所述测重注水箱41固定设置于所述机架1上，其位于所述 盛水箱2的上方，其用于对所述浮力件5进行注水增重工作，并对注水量进行称 重测量；

收拉机构42，所述收拉机构42安装于所述测重注水箱41的外侧，其通过 细线50与所述浮力件5可拆卸连接；

第一驱动部43，所述第一驱动部43安装于所述机架1上，其用于驱动所述 收拉机构42收紧所述细线50拉起所述浮力件5并使之与所述测重主水箱41配 合完成注水增重工作，或放松所述细线50放下所述浮力件5并置之于所述盛水 箱2内进行浮力实验；

如图3所示，进一步地，所述测重注水箱41包括：

称重器411，所述称重器411固定安装于所述机架1上；

蓄水箱412，所述蓄水箱412固定设置于所述称重器411的上端，其向下开 通设置有注水口4121；

对接管413，所述对接管413对应所述注水口4121固定设置于所述蓄水箱 412的下端；

第一开关单元414，所述第一开关单元414紧密配合安装于所述注水口4121 的上端，其可上下运动控制所述注水口4121的开闭；

需要说明的是，称重器411可以称量出蓄水箱412及其内部溶液、对接管 413及第一开关单元414整体的质量，每次蓄水箱412内灌入浮力件5内一定溶 液后，称重器411上显示的数值就会发生变化，与前一次的数值之差就为注入浮 力件5内部的溶液质量，与浮力件5自身净重相加即可得出当下浮力件5的质量 m_物。

进一步地，所述注水口4121的上端设置有台阶41211；

所述开关单元414包括：

第一闸板4141，所述第一闸板4141通过若干第一弹簧4140紧密配合安装 于所述台阶41211处，其厚度小于所述台阶41211的高度；

传动部4142，所述传动部4142竖直固定安装于所述第一闸板4141下端， 其位于所述注水口4121内；

如图4、图5、图6、图7及图8所示，进一步地，所述对接管413的上部 为圆柱状，其下部逐渐外扩呈喇叭状；

所述浮力件5包括：

对接部51，所述对接部51可紧密配合进入所述对接管413内，其中间贯穿 设置有通道511，其该通道511一侧还连通设置有安装空间512；

球阀52，所述球阀52紧密配合可转动安装于所述通道511内，其向所述安 装空间512内水平延伸设置有连杆521，所述连杆521的末端同轴固定设置有第 一齿轮522；

通道511，所述传动件53由上下固定连接设置的传动杆531和第一齿条532 组成，所述第一齿条532通过第二弹簧530竖直安装于所述安装空间512内，其 与所述第一齿轮522啮合设置；所述传动杆531竖直固定设置于所述第一齿条 532设置，其穿过所述安装空间512露于所述对接部51上端，且其与所述传动 部4142对应设置；

本体54，所述本体54固定设置于所述对接部51的下端，其内部开设有与 所述通道511连通设置的储水空间541。

需要说明的是，所述对接管413的上部为圆柱状，其下部逐渐外扩呈喇叭状， 当浮力件5被收拉机构42拉起时，喇叭状的对接管413可以引导浮力件5更准 确地进入对接管413内部。当对接部51进入到对接管413内部后，所述传动杆 531与传动部4142相碰，随着浮力件5继续向上运动，传动杆531收到来自传 动部4142的反向作用力向下带动第一齿条532向下运动，第一齿轮522跟着转 动，带动球阀52转动打开通道511。当传动件53运动到极限位置后，此时浮力 件5继续向上运动，传动部4142受到向上的作用力增大，带动第一闸板4141 向上运动，注水口4121被打开，溶液从蓄水箱412内进入到浮力件5内部的储 水空间541，此时对接部51与对接管413处于紧密配合状态。接着，收拉机构 42反转工作放下浮力件5时，传动部4142受到的向上作用力逐渐减小，同时在 蓄水箱412内部的水压作用下，配合第一弹簧4140的弹性拉力，第一闸板4141 向下运动关闭注水口4121，随着浮力件5的继续下落，传动部4142与传动杆531 分离，在第二弹簧530的弹性作用力下，第一齿条532向上运动，带动第一齿轮 522转动，球阀52反向转动关闭通道511，浮力件5落入盛水箱2内后不会收到 外部溶液的进入。

需要进一步说明的是，当实验结束后，需要将浮力件5内部的溶液倒出，同 上原理，只需人为将传动杆531按下，球阀52即会受传动力打开，然后倒置浮 力件5，即可将内部的溶液倒出。

值得说明的是，对接部51的顶部及对接管413的底部均做了圆角工艺处理， 使得二者更容易完成对接配合动作。

如图3、图6、图9及图10所示，进一步地，所述对接管413的外侧管壁内 开通设置有倒L型过线通道4131；

所述收拉机构42包括：

线盒421，所述线盒421通过安装架422固定设置于所述蓄水箱412的外侧， 该线盒421上竖直开设有过线槽4211；

绕线柱423，所述绕线柱423与所述所述线盒421同轴可转动连接，其上部 位于所述线盒421内，下部位于所述线盒421下方；

第二齿轮424，所述第二齿轮424同轴固定设置于所述绕线柱423的下端；

定滑轮425，所述定滑轮425安装于所述蓄水箱412上，其位于所述对接管 413和所述线盒421之间。

需要说明的是，细线50缠绕在绕线柱423上，其穿过过线槽4211后在经定 滑轮425上穿过过线通道4131，最后与浮力件51相连，细线50与浮力件5相 连的位置设置于本体54上端，连接位置靠近对接部51设置，同时由于过线通道 4131设置在对接管413管壁位置，这样使得浮力件5被拉起时，能够准确经喇 叭口进入到对接管413内。

进一步地，所述驱动机构6包括：

电机61，所述电机61固定安装于所述机架1的一侧；

传动轴62，所述传动轴62沿所述机架1的长度方向水平可转动安装于该机 架1上，其一端与所述电机61固定连接；

所述第一驱动部43包括：

第三齿轮431，所述第三齿轮431同轴固定设置于所述传动轴62上；

第一轨道432，所述第一轨道432固定设置于所述机架1上；

第二齿条433，所述第三齿条433滑动配合设置于所述第一轨道432上，其 与所述第三齿轮431啮合设置；

第三齿条434，所述第三齿条434水平固定设置于所述第二齿条433 的前端，其与所述第二齿轮424啮合设置。

需要说明的是，电机61的启动开关611设置在一处盛水箱2的一侧，方便 实验人员进行操作，当盛水箱2内进行灌液工作时，启动电机61进行正转工作， 传动轴62转动，第三齿轮431传动，第二齿条433传动并在第一轨道432上向 后滑动，同时第三齿条434传动，第二齿轮424转动，带动绕线柱423转动，细 线50被收紧，浮力件5被拉起进行注液增重，反之则各运动反转，浮力件5被 放下进入盛水箱2内。

如图11、图12所示，进一步地，所述灌水机构3包括：

储水箱31，所述储水箱31固定设置于所述机架1上，其位于两个所述盛水 箱2的中间位置，其中固定设置有隔板311，所述隔板311将所述储水箱31分 成两个储水空间312，所述储水空间312均向下开通设置有灌水口313；

第二开关单元32，所述第二开关单元32分别对应所述灌水口313紧密固定 设置于所述储水箱31的下端；

第二驱动部33，所述第二驱动部33安装于所述机架1上，其与所述驱动机 构6传动连接，用于驱动所述第二开关单元32开闭所述灌水口313。

进一步地，所述第二开关单元32均包括：

上连接部321，所述上连接部321对应所述灌水口313与所述储水箱31紧 密配合设置；

滑槽322，所述滑槽322水平固定对称设置于所述上连接部321下端，两个 所述滑槽322之间配合形成前后贯通的滑动空间；

下连接部323，所述下连接部323固定设置于所述滑槽322下端，其与所述 上连接部321及所述滑槽322之间上下竖直贯通设置有灌液通道324，所述灌液 通道324与所述灌水口313对应设置，其宽度小于两个所述滑槽之间的距离；

第二闸板325，所述第二闸板325可前后滑动设置于两个所述滑槽之间；

所述第二驱动部33包括：

第四齿轮331，所述第四齿轮331同轴固定安装于所述传动轴62上；

第二轨道332，所述第二轨道332固定安装于所述机架1上；

第四齿条333，所述第四齿条333滑动配合设置于所述第二轨道332上，其 与所述第四齿轮331啮合设置；

连接杆334，所述连接杆334水平固定设置于所述第四齿条333的前端，所 述连接杆334的前部为分叉结构，其与两个所述第二闸板325均固定连接设置。

需要说明的是，启动电机61进行正转工作后，第四齿轮331转动，带动第 四齿条333在第二轨道332上向后滑动，连接杆334向后拉动两处储水空间312 下第二开关单元32内的第二闸板325同时向后平移，打开灌液通道324，两个 出水空间312内的溶液分别通过灌水口313进入到两处盛水箱2内，进行同时灌 液，反之，电机61反转后，第二闸板325复位关闭灌液通道324，通过利用行 程开关控制电机61反转与正转的工作时间相同。

如图1、图2所示，进一步地，所述测量机构7均包括：

安装座71，所述安装座71分别固定设置于所述盛水箱2的下方；

电子秤72，所述电子秤7可转动安装于所述安装座71上，其后端固定设置 有与所述安装座71配合设置的限位件721；

量杯73，所述量杯73固定安装于所述电子秤72上，其位于所述溢出口21 处；

回收箱74，所述回收箱74设置于所述量杯73的下方。

需要说明的是，浮力件5进入到盛水箱2内时，排出的溶液通过溢出口21 进入到量杯73内，通过量杯得到排出溶液的体积V_排液，通过电子秤72得出排出 溶液的质量m_排液，利用公式m＝ρ·V即可得出溶液的密度ρ_液。

进一步，如图2所示，两个所述电子秤72之间通过圆杆720相连，一处所 述电子秤72的另一端固定连接设置摇杆722。

需要说明的是，当对电子秤72和量杯72读数完成后，摇动摇杆722，两处 的电子秤72及量杯73同时向下转动，两个量杯73内部的均溶液倒入回收箱74 内，方便下次一实验，同时收集溶液避免产生浪费。

工作过程：

实验开始，两个注液增重机构4内空置，先把两种不同的溶液分别灌至盛水 箱2内，浮力件5放下后进行第一次浮力测试，排出的溶液通过溢出口21进入 到量杯73内，通过量杯得到排出溶液的体积V_排液，通过电子秤72得出排出溶液 的质量m_排液，利用公式m＝ρ·V即可得出两种溶液的密度ρ_液1、ρ_液2，同时物体 的密度ρ_物1、ρ_物2根据自身已知质量和体积可以得出；接着对应盛水箱2分别向 注液增重机构4及两个储水空间312内灌入相同的溶液，启动电机61进行正转 工作后，第四齿轮331转动，带动第四齿条333在第二轨道332上向后滑动，连 接杆334向后拉动两处储水空间312下第二开关单元32内的第二闸板325同时 向后平移，打开灌液通道324，两个出水空间312内的溶液分别通过灌水口313 进入到两处盛水箱2内，进行同时灌液，补充盛水箱2内的溶液，同时传动轴 62转动，第三齿轮431传动，第二齿条433传动并在第一轨道432上向后滑动， 同时第三齿条434传动，第二齿轮424转动，带动绕线柱423转动，细线50被 收紧，浮力件5被拉起进行注液增重，当盛水箱2内的溶液均补充完后，启动电 机61反转，储水箱31关闭，浮力件5下放至盛水箱2内进行第二次浮力实验，观察浮力件5在溶液内的状态并得出第二组数据，如此反复，即可观察到浮力件 5在溶液内漂浮、悬浮和沉没的三种状态，并通过数据测量分析，对比得到ρ_液 和ρ_物之间的关联。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前后”、“左右”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，而不是指示或暗示所指的设备或部件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。

当然在本技术方案中，本领域的技术人员应当理解的是，术语“一”应理解 为“至少一个”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为 一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为 对数量的限制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术提示下可轻易想到的变化 或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权 利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，包括：

步骤一：人工启动电机(61)的启动开关(611)的正转按钮，带动两处的第一驱动部(43)同时传动，进而分别带动两处拉线机构(42)传动，第二齿轮(424)带动绕线柱(23)转动，一头固定在绕线柱(423)上的细线(51)慢慢缠绕收聚，同时浮力件(5)被慢慢向上拉起并最终与蓄水箱(412)下端的对接管(413)配合对接，并通过启动开关(611)关停电机(61)；

步骤二：人工分别向两个盛水箱2内灌入溶液a和溶液b至液面与溢出口(21)的最低处相平；

步骤三：人工启动电机(61)的启动开关(611)的反转按钮，相对于步骤一，两处的第一驱动部(43)同时进行反向传动，带动两处拉线机构(42)传动，第二齿轮(424)带动绕线柱(423)转动，细线(51)逐渐放松，浮力件(5)慢慢脱离蓄水箱(412)，细线(51)完全放松后，浮力件(5)落入盛水箱(2)内并漂浮在液面上，同时通过溢出口21排出溶液，过程中电机(61)反转进行与正转相同时间后自动关闭；

步骤四：排出溶液分别进入测量机构(7)内，通过量杯(73)读出第一次排出溶液的体积V_排a1和V_排b1，通过电子秤(72)读出m_排a1和m_排a2，并通过公式m＝ρ·V，得出ρ_液a1和ρ_液b1；

步骤五：人为向两处的蓄水箱(412)及储水箱(31)内的两个储水空间(312)灌入与盛水箱2对应的溶液a和溶液b，并记录两侧称重器(411)显示的数值m_a总和m_b总，该数值分别为加入的溶液a和溶液b的质量；

步骤六：重复步骤一的工作，此时，浮力件(5)在向上升起的过程中，第二驱动部(33)同时经电机(61)带动进行传动，并将两处储水空间(312)下的第二开关单元(32)打开，溶液a和溶液b分别补充灌入盛水箱(2)内；浮力件(5)上部的对接部(51)经对接管(413)呈喇叭状的下端部引导逐渐上升配合进入对接管(413)内部，接着传动杆(531)与传动部(4142)相触碰，随着浮力件(5)继续向上运动，传动杆(531)向下带动第一齿条(532)向下运动，第一齿轮(522)跟着转动，带动球阀(52)转动打开通道(511)，当传动件(53)运动到极限位置后，浮力件(5)继续向上运动，传动部(4142)开始向上带动第一闸板(4141)向上运动，注水口(4121)被打开，溶液a和溶液b分别从两处蓄水箱(412)内进入到浮力件(5)内部的储水空间(541)，此时关停电机(61)，并在一定时间后再次重启电机(61)反转，第二驱动部(33)反向传动带动第二开关单元(32)，第二闸板(325)复位关闭灌液通道(324)，接着人为摇动摇杆(722)，通过圆杆(720)相连两处的电子秤(72)及量杯(73)同时向下转动，两个量杯(73)内部的均溶液倒入回收箱(74)内，接着反转摇杆(722)快速复位电子秤(72)及量杯(73)；与此同时细线(51)放松，浮力件(5)向下运动，传动部(4142)受到的向上作用力逐渐减小，同时在蓄水箱(412)内部的水压作用下，配合第一弹簧(4140)的弹性拉力，第一闸板(4141)向下运动关闭注水口(4121)，随着浮力件(5)的继续下落，传动部(4142)与传动杆(531)分离，在第二弹簧(530)的弹性作用力下，第一齿条(532)向上运动，带动第一齿轮(522)转动，球阀(52)转动关闭通道(511)，浮力件(5)落入盛水箱(2)内并再次排出溶液。

步骤七：重复步骤四，得出ρ_a2和ρ_b2；读出两侧称重器411数据m_a1及m_b1，通过数据相减m_a总-m_a1和m_b总-m_b1得出分别加入浮力件5内部的溶液a和溶液b的质量m_a加1及m_b加1，并分别与浮力件(5)自身的质量m_物a初及m_物b初相加得出此时浮力件(5)的质量m_物a1＝m_物a初+m_a加1，m_物b1＝m_物b初+m_b加1，通过已知的浮力件(5)体积V_物a、V_物b，利用公式m＝ρ·V，得出ρ_物a1和ρ_物b1；

步骤八：重复步骤六、步骤七并记录数据和每次浮力件(5)在溶液中的状态，直至两处浮力件(5)均沉没与溶液中，通过多次测量排液的密度ρ_液an和ρ_液bn相加处理得出平均值即为溶液a和溶液b的密度ρ_液a及ρ_液b，并与每次的ρ_物a和ρ_物b进行对比，结合两个浮力件(5)分别在溶液中的状态，得出实验结论。

2.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述浮力件(5)表面均涂满纳米材料。

3.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述电机(61)启动正转工作15-30s。

4.根据权利要求3所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述电机(61)反转与正转工作时间一致。

5.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述电机(61)通过设置行程限位实现自动关停。

6.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，步骤六开始，所述电机(61)正转工作结束后每间隔5-10s即开启反转。

7.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述溶液a与溶液b的密度不同，并均大于所述浮力件(5)的初始密度。

8.根据权利要求1所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述第二开关单元(32)设置有滑槽(322)，所述第二闸板(325)与所述滑槽(322)紧密配合，可前后滑动设置。

9.根据权利要求7所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述对接管(413)的外侧管壁内开通设置有倒L型过线通道(4131)，所述细线51穿过所述过线通道(4131)与所述浮力件5相连。

10.根据权利要求8所述的一种组合测量及其数据验证物理基础的操作方法，其特征在于，所述蓄水箱(412)下安装有定滑轮(425)，所述定滑轮位于所述对接管(413)和所述绕线柱(23)之间，所述细线(51)经所述定滑轮(425)后穿过过线通道(4131)设置。

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