CN204965862U - 多功能浮力探究仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多功能浮力探究仪，它能简单直观的展示出浮力的成因，并通过重物浸入液体深度的变化，直观的展示浮力等于物体排开液体重力的关系、浮力与浸没的深度无关；同时也能用于多种浮力计算的基本实验验证、测量物体密度，以及探究物体沉浮条件、液体内部压强特点、连通器特点。

Description

多功能浮力探究仪

技术领域

本实用新型涉及一种物理教学仪器，特别涉及一种多功能浮力探究仪。

背景技术

目前，在物理教学中，虽然有一些关于探究浮力的成因、原理、沉浮等教学仪器，但由于浮力涉及的知识点很多，这些教学仪器大都比较简陋，相对独立，往往只能验证单个的知识点，部分实验步骤多，用时长，稳定性差，误差大，如：常规方法验证阿基米德原理时，就会给学生总结结论带来难度。而没有一套专用于浮力探究，能较直观全面的展示浮力各方面知识，使学生在学习浮力知识时产生一种直观且深刻的认识，同时也能给教师学生减负的简单实验器材。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于针对现有技术没有一套专用于浮力探究并且能较直观全面的展示浮力各方面知识，使学生在学习浮力知识时产生一种直观且深刻的认识，同时也能给教师学生减负的简单实验器材，从而提供一种多功能浮力探究仪

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种多功能浮力探究仪，包括底座、间隔设置于所述底座上的第一支架和第二支架；

所述第一支架上设置有可上下移动的升降子支架，所述升降子支架下端连接有第一测力计，所述第一测力计下端悬挂有一待测物体；

所述第一测力计下方底座上放置有溢水容器；悬挂在所述第一测力计上的待测物体通过所述升降子支架降入所述溢水容器内，所述溢水容器侧壁上部设置有排水管；所述第一测力计用于测量所述待测物体对其的拉力；

所述第二支架上设置有第二测力计，所述第二测力计的下方悬挂溢液盛接容器，所述溢液盛接容器用于盛接所述排水管所排出的液体；所述第二测力计用于测量所述溢液盛接容器中液体所受到的重力。

作为本实用新型的优选方案，所述溢水容器底面设置有注水排水孔，所述注水排水孔用于通过所述溢水容器的底部向其注入液体，和实验结束时排出液体；

所述溢水容器同时设置有第二底面，所述第二底面为防渗水材料，所述第二底面中间设置有圆孔，所述圆孔周围设置有防渗水橡胶圈，所述圆孔用于放置浮力实验物体，其用于验证实验物体在液体中受到的浮力是液体给该物体向上的合力；

所述溢水容器设置有深度刻度值，用于读出待测物体上下表面浸入液体的深度。

作为本实用新型的优选方案，所述第二支架通过第二子支架连接第二测力计，所述第二子支架设置在所述第二支架上并可绕其转动，用于调整所述溢液盛接容器的位置；

所述溢液盛接容器设置有体积刻度值，用于读出其盛接的液体体积；所述第二测力计使用一倾斜挂钩悬挂所述溢液盛接容器，使所述溢液盛接容器保持竖直，从而防止所述液体外流。

作为本实用新型的优选方案，所述待测物体为实心柱状物体。

作为本实用新型的优选方案，所述待测物体上标注有底面面积、高度刻度值，用于用上下表面压力差求浮力；

所述待测物体上标注有在每个高度到底面的体积刻度值，其主要用于探究物体浸入体积与排开液体体积的关系。

作为本实用新型的优选方案，所述待测物体为中上部中空的柱状透明物体。

作为本实用新型的优选方案，所述柱状透明待测物体上底面设置有气体出入孔，所述气体出入孔通过一通气管与一注射器连接，所述柱状透明待测物体下底面设置有注水排水孔，在拉推注射器活塞时液体从所述注水排水孔进入和排出，其用于探究只改变物体的重力，物体就上浮或下沉的规律。

作为本实用新型的优选方案，所述待测物体透明，且在其下部置入金属块使其重心靠下，中间部分中空并置入一气球，气球开口朝上，开口处连接充气管的一端，所述充气管的另一端连接一注射器，通过所述注射器的推拉改变所述气球的体积，其用于探究只改变物体的体积，物体就上浮或下沉的规律。

作为本实用新型的优选方案，将所述第一测力计和第二测力计去除，在所述第二支架上固定压强计一端的U形管，所述压强计另一端的压强计探头上的固定支架与所述升降子支架连接，所述升降子支架上下移动带动所述压强计探头伸入所述溢水容器中，并停留在任意深度，其用于探究液体内部压强的特点。

作为本实用新型的优选方案，所述底座上设置有储物盒，用于存放实验物品。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、该装置各个部件相对位置事先已调试好并固定，经简单组装就能快速进入实验，实验操作简单、快速、稳定，从而提高了效率，节省了时间，使得在物理浮力知识教学中能够让学生易于找到现象所反应的规律，在学习浮力知识时产生一种深刻且直观的认识，且能完成浮力相关的多个知识点的实验探究；

2、同时，本实用新型还可用于探究液体内部压强的特点，且简单的操作和直观的结果展示比常规实验更稳定，效果也更好；

3、同时，本实用新型还可用于测量固体液体物质的密度；

4、同时，本实用新型还可用于探究连通器的特点。

附图说明

图1为本实用新型实施例1-4多功能浮力探究仪结构示意图。

图2为本实用新型实施例2待测物体结构示意图。

图3为本实用新型实施例3待测物体结构示意图。

图4为本实用新型实施例4待测物体结构示意图。

图5为本实用新型实施例5多功能浮力探究仪结构示意图。

图中标记：1-底座，2-第一支架，3-第二支架，4-升降子支架，5-第一测力计，6-待测物体，600-铅块，610-气球，7-溢水容器，700-排水管，710-注水排水孔，72-第二底面，720-圆孔，721-防渗水橡胶圈，8-第二测力计，800-倾斜挂钩，9-溢液盛接容器，10-塑料软管，11-漏斗，12-压强计，13-压强计探头，130-固定支架，14-储物盒。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

参看图1，一种多功能浮力探究仪，包括底座1，设置于所述底座1上的第一支架2和第二支架3，设置于所述第一支架2上的可上下移动的升降子支架4，所述升降子支架4连接所述第一测力计5，可悬挂在所述第一测力计上的待测物体6，所述待测物体6为实心柱状物体，所述待测物体6所述待测物体上标注有底面面积值、高度刻度值以及所述待测物体在每个高度到底面的体积刻度值。

放置于所述第一测力计5下方底座1上的溢水容器；悬挂在所述第一测力计5上的待测物体6可通过所述升降子支架4降入所述溢水容器7内，所述溢水容器7一侧设置有排水管700；所述第一测力计5设置有最大拉力指针，所述第一测力计5用于测量所述待测物体6对其的拉力。

所述溢水容器7底面设置有注水排水孔710并连接塑料软管10一端，塑料软管10的另一端在临近开口位置部分设置有挂钩，并在开口处有一漏斗11，用于向所述溢水容器7注水。

所述溢水容器7内部平行下底面设置一第二底面72，所述第二底面72中间开有圆孔720，并在圆孔720圆周套上防渗水橡胶圈721，所述第二底面72为防渗水材料。

所述溢水容器7侧壁竖直向下设置有相应位置距所述溢水容器7第二底面72的相对装满水的深度刻度值。

设置于所述第二支架上3的第二测力计8，所述第二支架3通过第二子支架300连接第二测力计8，所述第二子支架300设置在所述第二支架3上并可绕其转动；所述第二测力计8下方悬挂溢液盛接容器9，所述溢液盛接容器9用于盛接所述排水管700所排出的液体，所述溢液盛接容器9设置有体积刻度值，用于读出其盛接的液体体积；所述第二测力计8悬挂溢液盛接容器9后调零，用于直接测量所述溢液盛接容器9中液体的重力；所述第二测力计8使用一单臂倾斜挂钩800悬挂所述溢水盛接容器，使所述溢水盛接容器保持竖直，用于防止排出液体外流；通过第二子支架300可调整所述溢液盛接容器9的位置。

同时，在所述底座1上设置有一储物盒14，用于存放实验物品。

在具体实施中，将漏斗11下设置的挂钩挂在溢水容器7的上边沿，把轻质球状浮力实验物体，如乒乓球(图1中未标出放置于第二底面中央圆孔上的乒乓球)轻轻压在溢水容器7内第二底面72上的防渗水橡胶圈721上，乒乓球与所述防渗水橡胶圈721贴合；此时开始从溢水容器7上开口处往里慢慢注水至淹没乒乓球，可观察到乒乓球在原处未发生移动；而当变换为从漏斗11慢慢注水，当第二底面72与溢水容器7下底面之间的腔体中的液面上升到与乒乓球下底面贴合，再继续注水至管内有适当深度水深时，乒乓球开始发生移动上浮；由此可探究出物体受到浮力是由于液体给该物体向上的合力。

在上述实例中操作中如不放入实验物体，不断往溢水容器7加水，或倾斜、升降水管，可观察到在液体不流动时，管内液面和所述溢水容器7内液面总保持相平，可用于探究连通器的特点。

实施例2

参看图1、图2，上述验证完成后，将升降子支架4升到顶端并将待测物体挂在所述第一测力计5上，然后将溢水容器7内注满水，调整第二子支架300使溢液盛接容器9处在排水管700下端又不与溢水容器7接触，第二测力计8悬挂着溢液盛接容器9并调零。此时向下移动升降子支架4，带动所述待测物体6进入溢水容器7，此时通过直观观测到所述第一测力计5和第二测力计8的示数的变化及所述溢水容器7、溢液盛接容器9上的刻度，能够得出与浮力等相关的多个物理量，并可总结出相应结论：随着待测物体6浸入液体的深度增加，物体排开的液体增加，第一测力计5的示数变小，说明浸在液体中的待测物体6受到了液体给待测物体6的一个向上的浮力。

排开的液体流入溢液盛接容器9，测排出液体重力的第二测力计8示数增加，通过比较可得出第一测力计5的示数减少量等于第二测力计8的示数增加量，说明物体所受浮力等于物体排开液体的重力，以下实验同样可得出此结论；随着待测物体6浸入的体积增加，溢出的液体体积也增加，通过读取待测物体6浸入液体体积和溢出液体体积会发现，两者体积相等；当待测物体6完全浸没时，改变其深度，发现液体并未再溢出，且第一和第二测力计示数均未变，说明浸没在液体中的物体所受到的浮力与浸入的深度无关。

还可以通过更换上述液体种类完成上述实验操作，可探究浮力与液体密度的关系。

还可通过观察待测物体上6的刻度和溢水容器7上待测物体6上下表面距液面的深度，可算出待测物体上下表面所受压力差，反映浮力产生的原因，亦可算出浮力。

还可快速测出待测物体6(固体物质)的密度：利用前实验测出的待测物体6的重力和浸没时排开液体体积(若待测物体密度较小，可使用针压法)，用公式ρ_物＝G_物/V_排g计算。

还可测出液体密度，倒入适量待测液体到溢液盛接容器9内，可同时测出液体重力和液体体积，用公式ρ_液＝G_液/V_液g计算。

实施例3

参看图1、图3，将实施例1中所述待测物体6替换，替换为中上部中空其余部分为实心的透明柱状物体，且所述透明柱状物体上底面设置有气体出入孔，所述气体出入孔连接一细软管的一端，所述细软管的另一端连接一注射器，下底面设置有注水排水孔。

在具体实施中，

升降子支架4升到顶端，往溢水容器7内注入适量水，并把所述注射器活塞推到底部，然后将透明柱状物体慢慢放入水中，可观察到透明柱状物体6漂浮在水面，此时再往后拔活塞，可观察到水从下部注水排水孔流入，透明柱状物体慢慢下沉。再向前推动活塞，又可观察到水被排出，物体又慢慢上浮，可探究出浮力一定时改变物体重力，物体就会上浮下沉。

实施例4

同实施例2，将实施例1中待测物体6进行替换，替换为透明鱼形模型，参看图1、图4，所述鱼形模型采用透明软质橡胶制成鱼的外形，并在其下部置入铅块600使其重心靠下，中间部分中空并置入一未充气的气球610，气球开口朝上，开口处连接充气管的一端，所述充气管的另一端连接一注射器。

在具体实施中，

将注射器活塞拔到后端，再将透明鱼形模型放入液体中，透明鱼形模型沉入底部，推动活塞，可观察到透明鱼形模型内部气球610体积增加，透明鱼形模型也随之膨胀，体积变大，当增加到一定量时，透明鱼形模型慢慢上浮；而抽回活塞时，又可观察到透明鱼形模型体积变小，又沉入底部；此实验可探究出重力一定时，通过改变物体体积，改变物体浮力，物体会实现上浮下沉。

实施例5

参看图5，将实施例1中所述第一测力计5和第二测力计8去除，在所述第二支架上2固定压强计12一端的U形管，所述压强计12另一端的压强计探头13上的固定支架130通过所述升降子支架4末端的固定夹与其固定连接，所述升降子支架4上下移动带动所述压强计探头13伸入所述溢水容器7中，并可使所述压强计探头13停留在任意深度。

在具体实施中，当升降子支架4固定连接好所述压强计探头13上的固定支架130，第二支架3固定好压强计12一端的U形管，并往U形管注入适量液体，再用塑料软管连接压强计探头和U形管后，可观察到压强计12的U形管两边管内液面相平，下调升降子支架4，将压强计探头13没入溢水容器7液体内，U形管内两液面出现高度差，说明浸入液体里面的物体受到液体对它的压强，再下调升降子支架4，可观察到U形管内两液面出现高度差更大，说明液体内部压强随深度增加而增大，再将压强计探头13向前后左右上下转动，可观察到U形管内两液面的高度差没变，说明液体内部向各个方向都有压强，且在同一深度压强相等。

综上所述，通过采用一套新型支架，新型容器，不同内部结构的重物，及它们之间的配合使用，可简单直观的探究出浮力的产生原因，以及浮力多种计算方式的基本实验验证和物体沉浮实验，同时实施例5所述方法探究液体内部压强的实验也比常规实验具有更加稳定，效果更好。实施实例1所述方法可测量固体、液体的密度，方法简单，还能探究连通器特点。

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

Claims (10)

1.一种多功能浮力探究仪，其特征在于，包括底座（1）、间隔设置于所述底座（1）上的第一支架（2）和第二支架（3）；

所述第一支架（2）上设置有可上下移动的升降子支架（4），所述升降子支架（4）下端连接有第一测力计（5），所述第一测力计（5）下端悬挂有一待测物体（6）；

所述第一测力计（5）下方底座（1）上放置有溢水容器（7）；悬挂在所述第一测力计（5）上的待测物体（6）通过所述升降子支架（4）降入所述溢水容器（7）内，所述溢水容器（7）侧壁上部设置有排水管（700）；所述第一测力计（5）用于测量所述待测物体（6）对其的拉力；

所述第二支架（3）上设置有第二测力计（8），所述第二测力计（8）的下方悬挂溢液盛接容器（9），所述溢液盛接容器（9）用于盛接所述排水管（700）所排出的液体；所述第二测力计（8）用于测量所述溢液盛接容器（9）中液体所受到的重力。

2.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述溢水容器（7）底面设置有注水排水孔（710），所述注水排水孔（710）用于通过所述溢水容器（7）的底部向其注入液体，和实验结束时排出液体；

所述溢水容器（7）同时设置有第二底面（72），所述第二底面（72）为防渗水材料，所述第二底面（72）中间设置有圆孔（720），所述圆孔（720）周围设置有防渗水橡胶圈（721），所述圆孔用于放置浮力实验物体，其用于验证实验物体在液体中受到的浮力是液体给该物体向上的合力；

所述溢水容器（7）设置有深度刻度值，用于读出待测物体上下表面浸入液体的深度。

3.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述第二支架（3）通过第二子支架（300）连接第二测力计（8），所述第二子支架（300）设置在所述第二支架（3）上并可绕其转动，用于调整所述溢液盛接容器（9）的位置；

所述溢液盛接容器（9）设置有体积刻度值，用于读出其盛接的液体体积；所述第二测力计（8）使用一倾斜挂钩（800）悬挂所述溢液盛接容器（9），使所述溢液盛接容器（9）保持竖直，从而防止所述液体外流。

4.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述待测物体为实心柱状物体。

5.根据权利要求4所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述待测物体上标注有底面面积、高度刻度值，用于用上下表面压力差求浮力；

所述待测物体上标注有在每个高度到底面的体积刻度值，其主要用于探究物体浸入体积与排开液体体积的关系。

6.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述待测物体为中上部中空的柱状透明物体。

7.根据权利要求6所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述柱状透明待测物体上底面设置有气体出入孔，所述气体出入孔通过一通气管与一注射器连接，所述柱状透明待测物体下底面设置有注水排水孔，在拉推注射器活塞时液体从所述注水排水孔进入和排出，其用于探究只改变物体的重力，物体就上浮或下沉的规律。

8.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述待测物体透明，且在其下部置入金属块使其重心靠下，中间部分中空并置入一气球，气球开口朝上，开口处连接充气管的一端，所述充气管的另一端连接一注射器，通过所述注射器的推拉改变所述气球的体积，其用于探究只改变物体的体积，物体就上浮或下沉的规律。

9.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，将所述第一测力计（5）和第二测力计（8）去除，在所述第二支架上（2）固定压强计（12）一端的U形管，所述压强计（12）另一端的压强计探头（13）上的固定支架（130）与所述升降子支架（4）连接，所述升降子支架（4）上下移动带动所述压强计探头（13）伸入所述溢水容器（7）中，并停留在任意深度，其用于探究液体内部压强的特点。

10.根据权利要求1所述的多功能浮力探究仪，其特征在于，所述底座（1）上设置有储物盒，用于存放实验物品。