CN113299163A - 一种物理教学用浮力检测实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物理教学辅助设备，具体为一种物理教学用浮力检测实验设备，通过彼此循环连通设置的观测箱、度量回收装置以及液体密度增升装置，当观测箱内完成一组实验数据测量后，通过度量回收装置回收全部溶液，并转移至液体密度增升装置内，并在内添加易溶性粉末提升溶液密度，之后再返回观测箱进行实验，如此反复，可以实现随着液体密度的增加，直观感受到浮力件从沉底到漂浮的过程，直观了解到溶液密度对浮力的影响，且过程中通过度量回收装置可以测出相应阶段溶液密度ρ_液的大小，与浮力件的密度ρ_物可以直接进行对比。

Description

一种物理教学用浮力检测实验设备

技术领域

本发明涉及物理教学辅助设备，具体为一种物理教学用浮力检测实验设备。

背景技术

物理教学大都会解释一些生活现象，这些现象有的很常见，有的不是很常见，老师在授课的过程中，往往只会解释一些理论性的知识，同学们还是没能很好地理解这些现象发生的原因，造成课堂教学效率低，教学过程枯燥无味，浮力的教学是一个重点，在进行浮力教学过程中，老师一般会结合浮力演示实验进行教学，在测量物体在液体中所受浮力的物理实验中，浸在液体中的物体排出一定体积的液体，这部分体积的液体所受的重力等于物体所受的浮力。

在申请号为CN201711370297.0.的发明专利中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。

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。从公式中可以看出，ρ_液对于液体产生的浮力有直接影响，但通过上述发明在实际应用过程中，只是简单添加不同种类液体，放入块体后各自呈现一种状态，而对各类液体的密度无法得知，无法直观感受液体密度与浮力之间的关系，验证物体在溶液中沉淀、悬浮、漂浮三种状态下其自身密度ρ_物与溶液密度ρ_液之间的联系。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种物理教学用浮力检测实验设备，通过设置彼此循环连通的观测箱、度量回收装置以及液体密度增升装置，当观测箱内完成一组实验数据测量后，通过度量回收装置回收全部溶液，并转移至液体密度增升装置内，通过向溶液内添加易溶性粉末提升溶液密度，再返回观测箱再次进行实验，如此反复，可以实现直观感受随着液体密度的增加，浮力件从沉底到漂浮的过程，溶液对物体产生的浮力也随之变化，且过程中通过度量回收装置可以测出相应阶段溶液密度ρ_液的大小，与浮力件的密度ρ_物可以直接完成对比，解决了通过循环改变液体密度改变实验现象，并通过数据计算验证物体在溶液中沉淀、悬浮、漂浮三种状态下其自身密度ρ_物与溶液密度ρ_液之间的联系，同时实验用溶液可以反复利用，节约了水资源。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种物理教学用浮力检测实验设备，其包括观测箱，所述观测箱的一侧开设有溢出口，所述观测箱的下方连通设置有度量回收装置，其上方设置有与所述度量回收装置连通设置的液体密度增升装置以及用于收放重物的收放装置，所述度量回收装置包括：

度量机构，所述度量机构位于所述溢出口处，其用于接收溢出液体并进行称量；

回收机构，所述回收机构固定设置于所述观测箱的下方，该回收机构分别与所述观测箱及所述液体密度增升装置连通设置，且所述度量机构位于该回收机构的上方；

所述液体密度增升装置包括机架，设置于该机架上的储液机构，安装于所述储液机构内的撒料机构，以及用于连通所述度量回收装置和所述储液机构的抽吸机构，所述储液机构包括：

储液箱体，所述储液箱体固定设置于所述机架的上端，该储液箱体的下端设置有出液通道；

开关单元，所述开关单元滑动设置于所述储液箱体的下端，其用于控制所述出液通道的开合；

电机驱动单元，所述电机驱动单元固定设置于所述储液箱体的下方，其用于驱动所述开关单元；

所述撒料机构包括：

物料仓，所述物料仓固定设置于所述储液箱体的上方；

出料单元，所述出料单元上下滑动设置于所述物料仓的下方，所述抽吸机构将所述度量回收装置内的溶液全部抽吸至所述储液箱体内时，通过溶液流动带动所述出料单元上下摆动开闭所述物料仓，将所述物料仓内的可溶性粉末均匀洒入所述储液箱内；

所述重物与所述收放装置通过细线捆绑连接，所述收放装置包括：

动力单元，所述动力单元安装于所述储液箱体下方，由所述电机驱动单元驱动工作；

绕线单元，所述绕线单元安装于所述观测箱的上方，所述细线的两端分别捆绑设置在所述绕线单元以及所述重物上，该绕线单元由所述动力单元驱动工作，且所述出液通道打开时，所述绕线单元进行绕线收紧工作，反之，则进行放线放松工作。

作为改进，所述开关单元包括：

第一滑轨，所述第一滑轨对称固定设置于所述储液箱体的下端，其分别位于所述出液通道的两侧；

闸板，所述闸板滑动设置于所述第一滑轨之间；

安装块，所述安装块对称固定设置于所述储液箱体的下端，其均位于所述闸板的正后方；

第一弹簧，所述第一弹簧的两端均分别固定安装于所述闸板与所述安装块上。

作为改进，所述电机驱动单元包括：

电机，所述电机固定设置于所述机架的一侧，并位于所述储液箱体的下方；

驱动轴，所述驱动轴水平设置于所述储液箱体的下方，且其一端与所述电机固定连接；

第一齿轮，所述第一齿轮同轴固定设置于所述驱动轴上；

第二滑轨，所述第二滑轨对称设置于所述第一齿轮上方两侧，其均与所述储液箱体固定连接；

第一齿条，所述第一齿条滑动设置于所述第二滑轨之间，且其与所述第一齿轮啮合设置，并位于该第一齿轮的上方，所述第一齿条的上端固定设置有第一连杆，所述第一连杆与所述闸板固定连接设置，并位于所述闸板的正后方。

作为改进，所述抽吸机构包括：

抽吸泵，所述抽吸泵固定安装于所述机架；

第一管道，所述第一管道连通设置于所述抽吸泵和所述回收机构之间；

第二管道，所述第二管道连通设置于所述抽吸泵和所述储液箱体之间；

所述物料仓包括：

第一安装架，所述第一安装架呈L型，其一端与所述储液箱体固定连接；

仓体，所述仓体安装于所述第一安装架的另一端，其位于所述储液箱体上方，该仓体的下端逐渐收缩设置，并竖直向下出料；

连接板，所述连接板水平固定设置于所述仓体内；

套筒，所述套筒的上端竖直固定于所述连接板的正下端，其为圆筒状，上端进行封闭设置，下端靠近所述仓体的下端，且其外壁与所述仓体的内壁之间形成出料空间。

作为改进，所述出料单元包括：

上连接柱，所述上连接柱同轴固定设置于所述套筒内部上端；

下连接柱，所述下连接柱同轴固定设置于所述套筒内部，其位于所述下连接柱下方；

第二弹簧，所述第二弹簧同轴固定设置于所述套筒内部，其上下端分别与所述上连接柱及下连接柱固定连接；

支杆，所述支杆与所述套筒同轴设置，其上端与所述下连接柱的下端固定连接，其由杆头与杆体组成，所述杆头的直径大于所述杆体，所述杆头与所述套筒紧密配合；

套管，所述套管同轴固定套设于所述支杆外，其与所述仓体的下端紧密配合，其内径大于所述支杆的外径，且其上端与所述杆头下端之间形成出料口，所述出料口与所述出料空间重合时，物料从所述仓体内流出；

螺旋浆，所述螺旋浆处于所述储液箱体内部，并位于所述第二管道的出水口处，该螺旋浆同轴可转动设置于所述支杆上，其由圆柱状的本体及圆周阵列固定设置在该本体上的若干桨叶组成，所述本体的上端与所述套管的下端紧密配合设置，该本体上对应所述桨叶圆周阵列开设有若干出料通道，并均位于所述桨叶的上方，所述出料通道的进料端位于所述套管的内侧，且该出料通道贯穿所述本体设置出料端于该本体的圆周侧壁上；

搅拌桨，所述搅拌桨固定设置于所述本体的下端。

作为改进，所述观测箱的下端固定设置有支架；所述回收机构包括：

回收槽，所述回收槽安装于所述观测箱的下方，其与所述回收槽通过第三管道连通设置；

第一传动部，所述传动部安装于所述回收槽进水端，

第二传动部，所述第二传动部与所述第一传动部传动连接，其用于驱动所述度量机构倾倒内部溶液；

所述度量机构包括：

安装座，所述安装座与所述支架水平固定连接；

电子秤，所述电子秤可转动安装于所述安装座上；

量杯，所述量杯固定安装于所述电子秤上，其位于所述溢出口处，且其位于所诉回收槽上方。

作为改进，所述第一传动部包括：

安装板，所述安装板相对于所述安装座水平固定于所述支架的另一侧；

第三弹簧，所述第三弹簧竖直固定设置于所述安装板的正下方，其一端与安装板固定连接；

竖杆，所述竖杆竖直设置，其上端与所述第三弹簧固定连接；

承水板，所述承水板固定设置于所述竖杆的下端，其位于所述第三管道的出水口处，且其朝出水口处倾斜向下设置；

压杆，所述压杆与所述竖杆固定连接，其沿所述回收槽的宽度方向水平设置；

作为改进，所述第二传动部包括：

第一轨道件，所述第一轨道件沿所述回收槽的长度方向平行设置于该回收槽外侧；

气缸，所述气缸滑动配合设置于所述第一轨道件上；

第一连接件，所述第一连接件的一端与所述气缸固定连接；

第二连接件，所述第二连接件的一端与所述第一连接件的另一端可转动连接；

传动柱，所述传动柱水平可转动设置，其一端穿过所述安装座与所述电子秤固定连接，另一端与所述第二连接件固定连接；

电器箱，所述电器箱与所述气缸电连接，所述压杆的外端设置于该电器箱触控开关处，所述压杆通过向下运动启动该电器箱，反之关停。

作为改进，所述动力单元包括：

第二齿轮，所述第二齿轮同轴固定设置于所述驱动轴上；

第二轨道件，所述第二轨道件垂直于所述驱动轴水平固定安装于所述机架上，且其位于所述第二齿轮的下方；

第二齿条，所述第二齿条滑动设置于所述第二轨道件上，其与所述第二齿轮啮合；

第三齿条，所述第三齿条通过L型的第三连接件沿所述第二齿条的运动方向与该第二齿条固定连接，并位于所述观测箱的上方，其锯齿为水平朝向设置，且其与所述绕线单元传动连接；

作为改进，所述绕线单元包括：

第二安装架，所述第二安装架为L型，其一端固定安装于所述储液箱体的外端，其另一端竖直朝下设置；

线盒，所述线盒为中空设置的圆柱，其同轴固定设置于所述第二安装架的下端，该线盒内部同轴竖直向下可转动设置有转轴，其外壁垂直于所述储液箱体竖直开设有线槽，且其下端水平向外延伸固定设置有“回”型限位槽；

第三齿轮，所述第三齿轮同轴固定连接于所述转轴的下端，其位于所述线盒的下方，且其与所述第三齿条啮合

本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过设置彼此循环连通的观测箱、度量回收装置以及液体密度增升装置，当观测箱内完成一组实验数据测量后，通过度量回收装置回收全部溶液，并转移至液体密度增升装置内，通过向溶液内添加易溶性粉末提升溶液密度，再返回观测箱再次进行实验，如此反复，可以实现直观感受随着液体密度的增加，浮力件从沉底到漂浮的过程，溶液对物体产生的浮力也随之变化，且过程中通过度量回收装置可以测出相应阶段溶液密度ρ_液的大小，与浮力件的密度ρ_物可以直接完成对比，同时实验用溶液反复利用，节约了水资源；

(2)本发明通过设置相互配合的物料仓及出料单元，循环溶液从第二管道冲出时，溶液冲击在螺旋浆桨叶上，螺旋浆受力旋转，并由于液流重力及冲击力的影响同时向下运动，支杆与套管同时向下运动，此时出料口与出料空间重合，物料仓内的易溶性粉末流出物料仓，并最终从螺旋浆上的出料通道滑出，同时由于螺旋浆在转动，粉末在离心力的作用下四散在储液箱体内，同时搅拌桨随着螺旋浆一起转动，对储液箱体内的溶液进行一定程度的搅拌，使得粉末在溶液内溶解的更加均匀，提高了材料利用率；

(3)本发明绕线单元与控制储液箱体出液通道开闭的电机驱动单元进行联动设置，储液箱体向观测箱注入溶液时，绕线单元将浮力件向上收回，待注液完毕，绕线单元又自动将浮力件向下放入溶液中进行浮力实验，每次注水时自动提起浮力件，保证了每次实验前观测箱内的溶液保持在限定水位，确保浮力件投入溶液中后产生的V_排液不受前一次实验的影响，提高了实验结果的准确性；

综上所述，本发明具有结构巧妙、操作简便、实验结果准确等优点。

附图说明

图1为本发明正视结构示意图；

图2为本发明整体结构剖视图；

图3为本发明后视结构示意图；

图4为本发明电机驱动单元及开关单元结构示意图；

图5为本发明物料仓结构示意图；

图6为本发明出料单元及物料仓配合结构示意图；

图7为本发明出料单元部分结构示意图；

图8为本发明螺旋浆及搅拌桨组合结构示意图；

图9为本发明回收装置整体结构示意图；

图10为本发明回收装置整体结构示意图；

图11为本发明收放装置部分结构示意图；

图12为本发明动力单元机绕线单元配合示意图；

图13为本发明绕线单元部分结构示意图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例：

如图1、图2、图3所示，一种物理教学用浮力检测实验设备，其包括观测箱1，所述观测箱1的一侧开设有溢出口11，所述观测箱1的下方连通设置有度量回收装置2，其上方设置有与所述度量回收装置2连通设置的液体密度增升装置3以及用于收放浮力件5的收放装置4，所述度量回收装置2包括：

度量机构21，所述度量机构21位于所述溢出口11处，其用于接收溢出液体并进行称量；

回收机构22，所述回收机构22固定设置于所述观测箱1的下方，该回收机构22分别与所述观测箱1及所述液体密度增升装置3连通设置，且所述度量机构21位于该回收机构22的上方；

所述液体密度增升装置3包括机架31，设置于该机架31上的储液机构32，安装于所述储液机构32内的撒料机构33，以及用于连通所述度量回收装置2和所述储液机构32的抽吸机构34，所述储液机构32包括：

储液箱体321，所述储液箱体321固定设置于所述机架31的上端，该储液箱体321的下端设置有出液通道3211；

开关单元322，所述开关单元322滑动设置于所述储液箱体321的下端，其用于控制所述出液通道3211的开合；

电机驱动单元323，所述电机驱动单元323固定设置于所述储液箱体322的下方，其用于驱动所述开关单元322；

所述撒料机构33包括：

物料仓331，所述物料仓331固定设置于所述储液箱体322的上方；

出料单元332，所述出料单元332上下滑动设置于所述物料仓331的下方，所述抽吸机构34将所述度量回收装置2内的溶液全部抽吸至所述储液箱体322内时，通过溶液流动带动所述出料单元332上下摆动开闭所述物料仓331，将所述物料仓331内的可溶性粉末均匀洒入所述储液箱32内；

所述浮力件5与所述收放装置4通过细线51捆绑连接，所述收放装置4包括：

动力单元41，所述动力单元41安装于所述储液箱体322下方，由所述电机驱动单元323驱动工作；

绕线单元42，所述绕线单元42安装于所述观测箱1的上方，所述细线51的两端分别捆绑设置在所述绕线单元42以及所述浮力件5上，该绕线单元42由所述动力单元41驱动工作，且所述出液通道3211打开时，所述绕线单元42进行绕线收紧工作，反之，则进行放线放松工作。

需要说明的是，所述观测箱1采用透明材料制作而成，方便进行实验观察。一般情况下，实验优先采用自来水作为实验对象，而浮力件5采用密度略大于水的材质制作而成，以此保证在不改变自来水密度时，该浮力件5会沉没于水中，浮力件5的质量为已知值m_物。实验开始，电机驱动单元323启动，开关单元322打开出液通道3211，密度为ρ₁的水灌入观测箱1内，同时动力单元41在电机驱动单元323的传动下，绕线单元42收紧细线51将浮力件5拉起至观测箱1的溢出口11上方，灌水至溢出口11处后即停止，开关单元322闭合，同时绕线单元42放线将浮力件5放入观测箱1内，浮力件5沉入溶液中，排出溶液从溢出口11流至度量机构21内，通过度量机构可以得出排出溶液的体积V_排水和质量m_排水，通过公式m＝ρV可以得出溶液的密度，同时根据F_浮＝G_排＝ρ_液·g·V_排液可以得出浮力值大小，同时，当物体完全沉没与溶液中时，V_物＝V_排液，根据m＝ρV，同学们可以算出ρ_物的大小，完成数据记录后，将观测箱1内的溶液排入回收机构22，度量机构21内的溶液同步倒入回收机构22内，完成溶液收集后，抽吸机构34将溶液抽至储液箱体321内，此时出料单元332工作将物料仓331内的可溶性粉末撒入溶液中，以此提高溶液的密度，此时溶液密度为ρ₂，重复上述过程完成第二组实验收据，直至浮力件5漂浮至溶液上，完成实验内容，以此验证物体收到浮力时，ρ_排液和ρ_物之间的关系。

如图4所示，进一步地，所述开关单元322包括：

第一滑轨3220，所述第一滑轨3220对称固定设置于所述储液箱体321的下端，其分别位于所述出液通道3211的两侧；

闸板3221，所述闸板3221滑动设置于所述第一滑轨3220之间；

安装块3222，所述安装块3222对称固定设置于所述储液箱体321的下端，其均位于所述闸板3221的正后方；

第一弹簧3223，所述第一弹簧3223的两端均分别固定安装于所述闸板3221与所述安装块3222上。

进一步地，所述电机驱动单元323包括：

电机3231，所述电机3231固定设置于所述机架31的一侧，并位于所述储液箱体321的下方；

驱动轴3232，所述驱动轴3232水平设置于所述储液箱体321的下方，且其一端与所述电机3231固定连接；

第一齿轮3233，所述第一齿轮3233同轴固定设置于所述驱动轴3232上；

第二滑轨3234，所述第二滑轨3234对称设置于所述第一齿轮3233上方两侧，其均与所述储液箱体321固定连接；

第一齿条3235，所述第一齿条3235滑动设置于所述第二滑轨3234之间，且其与所述第一齿轮3233啮合设置，并位于该第一齿轮3233的上方，所述第一齿条3235的上端固定设置有第一连杆32351，所述第一连杆32351与所述闸板3221固定连接设置，并位于所述闸板3221的正后方。

需要说明的是，作为一种优选的实施方式，可以通过在储液箱体321内设置液位计作为控制电机3231关闭的一种方式，当储液箱体321内的溶液与易溶性粉末充分混合后，人为启动电机3231自身的开机按钮，驱动轴3232转动，带动第一齿轮3233转动，进而第一齿条3235传动向后进行水平运动，通过第一连杆32351带动闸板3221向后平移，打开储液箱体321的出液通道3211,此时溶液流出，同时两侧的第一弹簧3223被压缩，液位下降到限定位置后，电机3231关停，驱动轴3232不再主动转动，在两侧弹簧3223的复位作用下，闸板3221前推关闭出液通道3211。

如图2及图4所示，进一步地，抽吸机构34包括：

抽吸泵341，所述抽吸泵341固定安装于所述机架31；

第一管道342，所述第一管道331连通设置于所述抽吸泵341和所述回收机构22之间；

第二管道343，所述第二管道343连通设置于所述抽吸泵341和所述储液箱体321之间；

所述物料仓331包括：

第一安装架3311，所述第一安装架3311呈L型，其一端与所述储液箱体321固定连接；

仓体3312，所述仓体3312安装于所述第一安装架3311的另一端，其位于所述储液箱体321上方，该仓体3312的下端逐渐收缩设置，并竖直向下出料；

连接板3313，所述连接板3313水平固定设置于所述仓体3312内；

套筒3314，所述套筒3314的上端竖直固定于所述连接板3313的正下端，其为圆筒状，上端进行封闭设置，下端靠近所述仓体3312的下端，且其外壁与所述仓体3312的内壁之间形成出料空间3310。

如图5、图6、图7、图8所示，进一步地，所述出料单元332包括：

上连接柱3321，所述上连接柱3321同轴固定设置于所述套筒3314内部上端；

下连接柱3322，所述下连接柱3322同轴固定设置于所述套筒3314内部，其位于所述下连接柱3321下方；

第二弹簧3323，所述第二弹簧3323同轴固定设置于所述套筒3314内部，其上下端分别与所述上连接柱3321及下连接柱3322固定连接；

支杆3324，所述支杆3324与所述套筒3314同轴设置，其上端与所述下连接柱3322的下端固定连接，其由杆头33241与杆体33242组成，所述杆头33241的直径大于所述杆体33242，所述杆头33241与所述套筒3314紧密配合；

套管3325，所述套管3325同轴固定套设于所述支杆3324外，其与所述仓体3312的下端紧密配合，其内径大于所述支杆3324的外径，且其上端与所述杆头33241下端之间形成出料口33251，所述出料口33251与所述出料空间3310重合时，物料从所述仓体3312内流出；

螺旋浆3326，所述螺旋浆3326处于所述储液箱体321内部，并位于所述第二管道343的出水口处，该螺旋浆3326同轴可转动设置于所述支杆3324上，其由圆柱状的本体33261及圆周阵列固定设置在该本体33261上的若干桨叶33262组成，所述本体33261的上端与所述套管3325的下端紧密配合设置，该本体33261上对应所述桨叶33262圆周阵列开设有若干出料通道33260，并均位于所述桨叶33262的上方，所述出料通道33260的进料端位于所述套管3325的内侧，且该出料通道33261贯穿所述本体33261设置出料端于该本体33261的圆周侧壁上；

搅拌桨3327，所述搅拌桨3327固定设置于所述本体33261的下端。

需要说明的是，一般情况下，出料口33251位于出料空间3310的上方，并处于套筒3314内部。通过设置第二弹簧3323，支杆3324、套管3325级螺旋浆3326形成的一个整体可以进行上下复位运动。当溶液从第二管道343冲出时，冲击在桨叶33262上，螺旋浆3326受力并开始旋转，并由于液流自身重力及冲击力的影响，螺旋浆3326收到向下的作用力，与支杆3324及套管3325同时向下运动，此时出料口33251与出料空间3310重合，仓体3312内的易溶性粉末通过重叠区域，顺着支杆3324及套管3325之间的空间流出仓体3312，并最终从螺旋浆3326上的出料通道33260滑出，同时由于螺旋浆3326在转动，粉末滑至桨叶33262上并最终在离心力的作用下均匀四散在储液箱体321内，同时搅拌桨3327随着螺旋浆3326一起转动，对溶液进行一定程度的搅拌，使得粉末在溶液内溶解的更加均匀，提高了原料利用率。同时由于桨叶33262之间相互之间存在间隙，螺旋浆3326会间歇性收到向下的作用力，在第二弹簧3323的复位作用下，第二管道343在出水期间，支杆3324、套管3325级螺旋浆3326整体会不断上下，出料口33251与出料空间3310间歇性重合，以此达到间歇性出料的结果，有效控制易溶性粉末的用量。

如图9及图10所示，进一步地，所述观测箱1的下端固定设置有支架12；所述回收机构22包括：

回收槽221，所述回收槽221安装于所述观测箱1的下方，其与所述回收槽221通过第三管道220连通设置，第三管道220处安装有阀门；

第一传动部222，所述传动部222安装于所述回收槽221进水端，

第二传动部223，所述第二传动部223与所述第一传动部222传动连接，其用于驱动所述度量机构21倾倒内部溶液；

所述度量机构21包括：

安装座211，所述安装座211与所述支架12水平固定连接；

电子秤212，所述电子秤212可转动安装于所述安装座211上；

量杯213，所述量杯213固定安装于所述电子秤212上，其位于所述溢出口11处，且其位于所诉回收槽221上方。

需要说明的是，电子秤212可以直接称量出排出液体的质量m_排液，通过量杯213可以直接读出排出液体的体积V_排液，通过公式m＝ρV可以得出溶液的密度。

进一步地，所述第一传动部222包括：

安装板2221，所述安装板2221相对于所述安装座211水平固定于所述支架12的另一侧；

第三弹簧2222，所述第三弹簧2222竖直固定设置于所述安装板2221的正下方，其一端与安装板2221固定连接；

竖杆2223，所述竖杆2223竖直设置，其上端与所述第三弹簧2222固定连接；

承水板2224，所述承水板2224固定设置于所述竖杆2223的下端，其位于所述第三管道220的出水口处，且其朝出水口处倾斜向下设置；

压杆2225，所述压杆2225与所述竖杆2223固定连接，其沿所述回收槽221的宽度方向水平设置。

需要说明的是，通过设置第三弹簧2222，竖杆2223、承水板2224以及压杆2225形成的一个整体可以进行上下复位运动。

进一步地，所述第二传动部223包括：

第一轨道件2231，所述第一轨道件2231沿所述回收槽221的长度方向平行设置于该回收槽221外侧；

气缸2232，所述气缸2232滑动配合设置于所述第一轨道件2231上；

第一连接件2233，所述第一连接件2233的一端与所述气缸2232固定连接；

第二连接件2234，所述第二连接件2234的一端与所述第一连接件2233的另一端可转动连接；

传动柱2235，所述传动柱2235水平可转动设置，其一端穿过所述安装座211与所述电子秤212固定连接，另一端与所述第二连接件2234固定连接；

电器箱2236，所述电器箱2236与所述气缸2232电连接，所述压杆2225的外端设置于该电器箱2236触控开关处，所述压杆2225通过向下运动启动该电器箱2236，反之关停。

需要说明的是，作为一种优选的实施方式，第三管道220处安装有阀门，可以认为控制开关。打开阀门，观测箱1内的溶液通过第三管道220进入回收槽221内，同时液流冲击在承水板2224上，收到液流自身重力及冲击力的作用，承水板2224向下运动，压杆2225随之向下运动并触发电器箱2236开关，气缸2232工作向上顶起，同时气缸2232在第一轨道件2231上滑动，通过第一连接件2233及第二连接件2234传动，带动传动柱2235转动，随之电子秤212及量杯213一起向下翻动，翻转角度大于90°，量杯213内的V_排液也随之倾倒入回收槽221内，随着观测箱1内的溶液流完，关闭阀门，承水板2224不再受力，在第三弹簧2222的作用下，压杆2225随承水板2224一起向上运动，同时电器箱2236开关复位，气缸2232收回至初始状态，电子秤212及量杯213随之复位，使得每次进行新一轮实验室，量杯213内是净空状态。

如图11、图12、图13所示，进一步地，所述动力单元41包括：

第二齿轮411，所述第二齿轮411同轴固定设置于所述驱动轴3232上；

第二轨道件412，所述第二轨道件412垂直于所述驱动轴3232水平固定安装于所述机架31上，且其位于所述第二齿轮411的下方；

第二齿条413，所述第二齿条413滑动设置于所述第二轨道件412上，其与所述第二齿轮411啮合；

第三齿条414，所述第三齿条414通过L型的第三连接件415沿所述第二齿条413的运动方向与该第二齿条413固定连接，并位于所述观测箱1的上方，其锯齿为水平朝向设置，且其与所述绕线单元42传动连接；

进一步地，所述绕线单元42包括：

第二安装架421，所述第二安装架421为L型，其一端固定安装于所述储液箱体321的外端，其另一端竖直朝下设置；

线盒422，所述线盒422为中空设置的圆柱，其同轴固定设置于所述第二安装架421的下端，该线盒422内部同轴竖直向下可转动设置有转轴4221，其外壁垂直于所述储液箱体321竖直开设有线槽4222，且其下端水平向外延伸固定设置有“回”型限位槽4223，通过限位槽4223防止细线51与第三齿轮423接触；

第三齿轮423，所述第三齿轮423同轴固定连接于所述转轴4221的下端，其位于所述线盒422的下方，且其与所述第三齿条414啮合

需要说明的是，出液通道3211打开时，驱动轴3232转动，第二齿条413转动，随之第二齿条413传动在第二轨道件412上进行相对第一齿条3233相反的水平向前运动，同时第三齿条414传动，带动第三齿轮423转动，转轴4221在线盒422内随着第三齿轮423转动，缠绕在转轴4221上的细线穿过线槽4222及限位槽4223随之被收聚，浮力件5被向上拉起，出液通道3211关闭时，驱动轴3232在开关单元322的传动下进行反向转动，上述过程进行反向运转，细线51放松，浮力件5被放下。

工作过程：

实验开始，电机驱动单元323启动，开关单元322打开出液通道3211，密度为ρ₁的水灌入观测箱1内，同时动力单元41在电机驱动单元323的传动下，绕线单元42收紧细线51将浮力件5拉起至观测箱1的溢出口11上方，灌水至溢出口11处后即停止，开关单元322闭合，同时绕线单元42放线将浮力件5放入观测箱1内，浮力件5沉入溶液中，排出溶液从溢出口11流至度量机构21内，通过度量机构可以得出排出溶液的体积V_排水和质量m_排水，通过公式m＝ρV可以得出溶液的密度，同时根据F_浮＝G_排＝ρ_液·g·V_排液可以得出浮力值大小，完成数据记录后，将观测箱1内的溶液排入回收机构22，度量机构21内的溶液同步倒入回收机构22内，完成溶液收集后，抽吸机构34将溶液抽至储液箱体321内，此时出料单元332工作将物料仓331内的可溶性粉末撒入溶液中，以此提高溶液的密度，此时溶液密度为ρ₂，重复上述过程完成第二组实验收据，直至浮力件5漂浮至溶液上，完成实验内容，以此验物体在液体中收到浮力时，三种状态下，ρ_排液和ρ_物之间的关系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物理教学用浮力检测实验设备，其包括观测箱(1)，其特征在于，所述观测箱(1)的一侧开设有溢出口(11)，所述观测箱(1)的下方连通设置有度量回收装置(2)，其上方设置有与所述度量回收装置(2)连通设置的液体密度增升装置(3)以及用于收放浮力件(5)的收放装置(4)，所述度量回收装置(2)包括：

度量机构(21)，所述度量机构(21)位于所述溢出口(11)处，其用于接收溢出液体并进行称量；

回收机构(22)，所述回收机构(22)固定设置于所述观测箱(1)的下方，该回收机构(22)分别与所述观测箱(1)及所述液体密度增升装置(3)连通设置，且所述度量机构(21)位于该回收机构(22)的上方；

所述液体密度增升装置(3)包括机架(31)，设置于该机架(31)上的储液机构(32)，安装于所述储液机构(32)内的撒料机构(33)，以及用于连通所述度量回收装置(2)和所述储液机构(32)的抽吸机构(34)，所述储液机构(32)包括：

储液箱体(321)，所述储液箱体(321)固定设置于所述机架(31)的上端，该储液箱体(321)的下端设置有出液通道(3211)；

开关单元(322)，所述开关单元(322)滑动设置于所述储液箱体(321)的下端，其用于控制所述出液通道(3211)的开合；

电机驱动单元(323)，所述电机驱动单元(323)固定设置于所述储液箱体(322)的下方，其用于驱动所述开关单元(322)；

所述撒料机构(33)包括：

物料仓(331)，所述物料仓(331)固定设置于所述储液箱体(322)的上方；

出料单元(332)，所述出料单元(332)上下滑动设置于所述物料仓(331)的下方，所述抽吸机构(34)将所述度量回收装置(2)内的溶液全部抽吸至所述储液箱体(322)内时，通过溶液流动带动所述出料单元(332)上下摆动开闭所述物料仓(331)，将所述物料仓(331)内的可溶性粉末均匀洒入所述储液箱(32)内；

所述浮力件(5)与所述收放装置(4)通过细线(51)捆绑连接，所述收放装置(4)包括：

动力单元(41)，所述动力单元(41)安装于所述储液箱体(322)下方，由所述电机驱动单元(323)驱动工作；

绕线单元(42)，所述绕线单元(42)安装于所述观测箱(1)的上方，所述细线(51)的两端分别捆绑设置在所述绕线单元(42)以及所述浮力件(5)上，该绕线单元(42)由所述动力单元(41)驱动工作，且所述出液通道(3211)打开时，所述绕线单元(42)进行绕线收紧工作，反之，则进行放线放松工作。

2.根据权利要求1所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述开关单元(322)包括：

第一滑轨(3220)，所述第一滑轨(3220)对称固定设置于所述储液箱体(321)的下端，其分别位于所述出液通道(3211)的两侧；

闸板(3221)，所述闸板(3221)滑动设置于所述第一滑轨(3220)之间；

安装块(3222)，所述安装块(3222)对称固定设置于所述储液箱体(321)的下端，其均位于所述闸板(3221)的正后方；

第一弹簧(3223)，所述第一弹簧(3223)的两端均分别固定安装于所述闸板(3221)与所述安装块(3222)上。

3.根据权利要求2所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述电机驱动单元(323)包括：

电机(3231)，所述电机(3231)固定设置于所述机架(31)的一侧，并位于所述储液箱体(321)的下方；

驱动轴(3232)，所述驱动轴(3232)水平设置于所述储液箱体(321)的下方，且其一端与所述电机(3231)固定连接；

第一齿轮(3233)，所述第一齿轮(3233)同轴固定设置于所述驱动轴(3232)上；

第二滑轨(3234)，所述第二滑轨(3234)对称设置于所述第一齿轮(3233)上方两侧，其均与所述储液箱体(321)固定连接；

第一齿条(3235)，所述第一齿条(3235)滑动设置于所述第二滑轨(3234)之间，且其与所述第一齿轮(3233)啮合设置，并位于该第一齿轮(3233)的上方，所述第一齿条(3235)的上端固定设置有第一连杆(32351)，所述第一连杆(32351)与所述闸板(3221)固定连接设置，并位于所述闸板(3221)的正后方。

4.根据权利要求1所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述抽吸机构(34)包括：

抽吸泵(341)，所述抽吸泵(341)固定安装于所述机架(31)；

第一管道(342)，所述第一管道(331)连通设置于所述抽吸泵(341)和所述回收机构(22)之间；

第二管道(343)，所述第二管道(343)连通设置于所述抽吸泵(341)和所述储液箱体(321)之间；

所述物料仓(331)包括：

第一安装架(3311)，所述第一安装架(3311)呈L型，其一端与所述储液箱体(321)固定连接；

仓体(3312)，所述仓体(3312)安装于所述第一安装架(3311)的另一端，其位于所述储液箱体(321)上方，该仓体(3312)的下端逐渐收缩设置，并竖直向下出料；

连接板(3313)，所述连接板(3313)水平固定设置于所述仓体(3312)内；

套筒(3314)，所述套筒(3314)的上端竖直固定于所述连接板(3313)的正下端，其为圆筒状，上端进行封闭设置，下端靠近所述仓体(3312)的下端，且其外壁与所述仓体(3312)的内壁之间形成出料空间(3310)。

5.根据权利要求4所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述出料单元(332)包括：

上连接柱(3321)，所述上连接柱(3321)同轴固定设置于所述套筒(3314)内部上端；

下连接柱(3322)，所述下连接柱(3322)同轴固定设置于所述套筒(3314)内部，其位于所述下连接柱(3321)下方；

第二弹簧(3323)，所述第二弹簧(3323)同轴固定设置于所述套筒(3314)内部，其上下端分别与所述上连接柱(3321)及下连接柱(3322)固定连接；

支杆(3324)，所述支杆(3324)与所述套筒(3314)同轴设置，其上端与所述下连接柱(3322)的下端固定连接，其由杆头(33241)与杆体(33242)组成，所述杆头(33241)的直径大于所述杆体(33242)，所述杆头(33241)与所述套筒(3314)紧密配合；

套管(3325)，所述套管(3325)同轴固定套设于所述支杆(3324)外，其与所述仓体(3312)的下端紧密配合，其内径大于所述支杆(3324)的外径，且其上端与所述杆头(33241)下端之间形成出料口(33251)，所述出料口(33251)与所述出料空间(3310)重合时，物料从所述仓体(3312)内流出；

螺旋浆(3326)，所述螺旋浆(3326)处于所述储液箱体(321)内部，并位于所述第二管道(343)的出水口处，该螺旋浆(3326)同轴可转动设置于所述支杆(3324)上，其由圆柱状的本体(33261)及圆周阵列固定设置在该本体(33261)上的若干桨叶(33262)组成，所述本体(33261)的上端与所述套管(3325)的下端紧密配合设置，该本体(33261)上对应所述桨叶(33262)圆周阵列开设有若干出料通道(33260)，并均位于所述桨叶(33262)的上方，所述出料通道(33260)的进料端位于所述套管(3325)的内侧，且该出料通道(33260)贯穿所述本体(33261)设置出料端于该本体(33261)的圆周侧壁上；

搅拌桨(3327)，所述搅拌桨(3327)固定设置于所述本体(33261)的下端。

6.根据权利要求1所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述观测箱(1)的下端固定设置有支架(12)；所述回收机构(22)包括：

回收槽(221)，所述回收槽(221)安装于所述观测箱(1)的下方，其与所述回收槽(221)通过第三管道(220)连通设置；

第一传动部(222)，所述传动部(222)安装于所述回收槽(221)进水端，

第二传动部(223)，所述第二传动部(223)与所述第一传动部(222)传动连接，其用于驱动所述度量机构(21)倾倒内部溶液；

所述度量机构(21)包括：

安装座(211)，所述安装座(211)与所述支架(12)水平固定连接；

电子秤(212)，所述电子秤(212)可转动安装于所述安装座(211)上；

量杯(213)，所述量杯(213)固定安装于所述电子秤(212)上，其位于所述溢出口(11)处，且其位于所诉回收槽(221)上方。

7.根据权利要求6所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述第一传动部(222)包括：

安装板(2221)，所述安装板(2221)相对于所述安装座(211)水平固定于所述支架(12)的另一侧；

第三弹簧(2222)，所述第三弹簧(2222)竖直固定设置于所述安装板(2221)的正下方，其一端与安装板(2221)固定连接；

竖杆(2223)，所述竖杆(2223)竖直设置，其上端与所述第三弹簧(2222)固定连接；

承水板(2224)，所述承水板(2224)固定设置于所述竖杆(2223)的下端，其位于所述第三管道(220)的出水口处，且其朝出水口处倾斜向下设置；

压杆(2225)，所述压杆(2225)与所述竖杆(2223)固定连接，其沿所述回收槽(221)的宽度方向水平设置。

8.根据权利要求7所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述第二传动部(223)包括：

第一轨道件(2231)，所述第一轨道件(2231)沿所述回收槽(221)的长度方向平行设置于该回收槽(221)外侧；

气缸(2232)，所述气缸(2232)滑动配合设置于所述第一轨道件(2231)上；

第一连接件(2233)，所述第一连接件(2233)的一端与所述气缸(2232)固定连接；

第二连接件(2234)，所述第二连接件(2234)的一端与所述第一连接件(2233)的另一端可转动连接；

传动柱(2235)，所述传动柱(2235)水平可转动设置，其一端穿过所述安装座(211)与所述电子秤(212)固定连接，另一端与所述第二连接件(2234)固定连接；

电器箱(2236)，所述电器箱(2236)与所述气缸(2232)电连接，所述压杆(2225)的外端设置于该电器箱(2236)触控开关处，所述压杆(2225)通过向下运动启动该电器箱(2236)，反之关停。

9.根据权利要求3所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述动力单元(41)包括：

第二齿轮(411)，所述第二齿轮(411)同轴固定设置于所述驱动轴(3232)上；

第二轨道件(412)，所述第二轨道件(412)垂直于所述驱动轴(3232)水平固定安装于所述机架(31)上，且其位于所述第二齿轮(411)的下方；

第二齿条(413)，所述第二齿条(413)滑动设置于所述第二轨道件(412)上，其与所述第二齿轮(411)啮合；

第三齿条(414)，所述第三齿条(414)通过L型的第三连接件(415)沿所述第二齿条(413)的运动方向与该第二齿条(413)固定连接，并位于所述观测箱(1)的上方，其锯齿为水平朝向设置，且其与所述绕线单元(42)传动连接。

10.根据权利要求9所述的一种物理教学用浮力检测实验设备，其特征在于，所述绕线单元(42)包括：

第二安装架(421)，所述第二安装架(421)为L型，其一端固定安装于所述储液箱体(321)的外端，其另一端竖直朝下设置；

线盒(422)，所述线盒(422)为中空设置的圆柱，其同轴固定设置于所述第二安装架(421)的下端，该线盒(422)内部同轴竖直向下可转动设置有转轴(4221)，其外壁垂直于所述储液箱体(321)竖直开设有线槽(4222)，且其下端水平向外延伸固定设置有“回”型限位槽(4223)；

第三齿轮(423)，所述第三齿轮(423)同轴固定连接于所述转轴(4221)的下端，其位于所述线盒(422)的下方，且其与所述第三齿条(414)啮合。

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