CN207799979U - 高实验精度的浮力实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高实验精度的浮力实验装置，包括：实验平台；容器组件，其用于放置于承载盘上，容器组件包括外杯体以及固定于外杯体中的内杯体，内杯体的杯身的下部开设有若干孔以使水能够在内杯体与外杯体之间流动；内杯体高于外杯体；支架；伸缩组件以及压靠件。本实用新型通过设置内杯体和外杯体，从而有效防止了空心球对液面的影响，使得所排开液体的体积与其所浸入液体内的体积相等，提高了浮力实验的测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉教育教学器具技术领域，尤其涉及一种中学生用浮力实验装置。
背景技术
浮力实验是高中教学实验课程中的重要内容，中学浮力实验包括多种，例如，沉浮实验、悬浮实验、漂浮实验等。其中，漂浮实验的难度最大，相应的所产生的误差也最大。这种误差多源于实验设备及实验方法不得当。
目前，中学生利用实验设备进行漂浮实验主要存在以下缺陷：
1、空心球(被测试物)在被改变浸入容器内水的体积时，会使液面产生波浪，这种波浪会使更多的水排出容器，从而使得所排出容器的水与空心球浸入水内的体积不等，从而造成误差。
2、为改变空心球浸入水内的体积，现有实验方法是在容器底部设置滑轮，拉绳绕过滑轮，拉绳一端连接在空心球上，另一端与拉力计连接，通过这种方式来测量拉绳的拉力、空心球所排出的体积以及空心球的重力之间的关系，从而验证阿基米德浮力原理。然而，拉绳在向下拉动空心球时，空心球并不稳定，其会出现水平摆动，从而使液面产生波浪，使排出的水的体积产生误差，并且，水对浸入水中的拉绳产生阻力，从而使拉力计所测拉力与对空心球的实际拉力产生较大误差。
3、目前浮力实验所用设备还没有同时测量容器整体重量的功能，使得漂浮实验中空气球的浮力与容器底部所受压力的关系无法验证。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的实施例提供了一种高实验精度的浮力实验装置。
为解决上述技术问题，本实用新型的实施例采用的技术方案是：
一种高实验精度的浮力实验装置，用于测量空心球的浮力，包括：
实验平台，其上设置有承载盘，所述实验平台与所述承载盘之间设置有第一压力传感器；
容器组件，其用于放置于所述承载盘上，所述容器组件包括外杯体以及固定于所述外杯体中的内杯体，所述内杯体的杯身的下部开设有若干孔以使水能够在所述内杯体与所述外杯体之间流动；所述内杯体高于所述外杯体；
支架，其竖直设置在所述实验平台一侧；
伸缩组件，其竖直的设置于所述支架上；
压靠件，其设置于所述伸缩组件的下端，所述伸缩组件通过伸缩驱动所述压靠件上下移动以使所述压靠件通过抵靠漂浮于所述内杯体上的空心球而改变其浸入内杯体的液体内的体积；
第二压力传感器，其设置于所述伸缩组件与所述压靠件之间。
优选地，所述支架上横置有安装板条，所述安装板条通过管套套设于所述支架上并通过紧定螺钉固定；所述伸缩组件包括竖直设置于所述安装板条下方的外管、从所述外管的下端穿出的伸缩杆、自所述外管的上端伸入所述外管的顶杆；所述顶杆与所述安装板条螺纹连接，所述顶杆用于向下推抵所述伸缩杆，所述外管与所述伸缩杆之间设置有弹簧，所述压靠件设置于所述伸缩杆的下端并用于与所述内杯体相对。
优选地，所述压靠件形成有开口朝下的V型槽，所述V型槽的槽壁用于与所述空心球抵靠。
优选地，所述外杯体的杯口处形成有排液管道。
优选地，所述外杯体的杯身的下部形成有出液管道，所述出液管道上设置有开关阀。
优选地，所述外杯体的底部设置有安装模，所述内杯体固定于所述安装模上。
与现有技术相比，本实用新型的高实验精度的浮力实验装置的有益效果是：本实用新型通过设置内杯体和外杯体，从而有效防止了空心球对液面的影响，使得所排开液体的体积与其所浸入液体内的体积相等，提高了浮力实验的测量精度。
附图说明
图1为本实用新型的实施例提供的高实验精度的浮力实验装置的结构示意图。
图2为本实用新型的实施例提供的高实验精度的浮力实验装置的使用状态示意图(空心球处于较小浸入体积的状态)。
图3为本实用新型的实施例提供的高实验精度的浮力实验装置的使用状态示意图(空心球处于较大浸入体积的状态)。
图中：
10-实验平台；11-承载盘；12-第一压力传感器；20-容器组件；21-外杯体；211-排液管道；212-出液管道；213-开关阀；22-内杯体；221-孔；222-安装模；30-支架；31-管套；32-安装板条；40-伸缩组件；41-外管；42-伸缩杆；43-压靠件；44-顶杆；45-弹簧；46-第二压力传感器；100-空心球。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细说明。
如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种高实验精度的浮力实验装置，该浮力实验装置用于测量空心球100的浮力，特别用于测量空心球100的漂浮力。该浮力实验装置包括实验平台10、容器组件20、支架30、伸缩组件40、压靠件43以及第二压力传感器46。其中，实验平台10上设置有承载盘11，实验平台10与承载盘11之间设置有第一压力传感器12；容器组件20用于放置于承载盘11上，容器组件20包括外杯体21以及固定于外杯体21中的内杯体22，内杯体22的杯身的下部开设有若干孔221以使水能够在内杯体22与外杯体21之间流动；内杯体22高于外杯体21；支架30竖直设置在实验平台10一侧；伸缩组件40竖直的设置于支架30上；压靠件43设置于伸缩组件40的下端，伸缩组件40通过伸缩驱动压靠件43上下移动以使压靠件43通过抵靠漂浮于内杯体22上的空心球100而改变其浸入内杯体22的液体内的体积；第二压力传感器46设置于伸缩组件40与压靠件43之间。
下面介绍一下本实用新型的上述浮力实验装置的使用过程，借此说明本实用新型的浮力实验装置的优点。
1、按照图1所示，将实验装置组装，向外杯体21内加水，水通过孔221同时进入内杯体22中，最终将外杯体21加满水，由于内杯体22与外杯体21通过孔221连通，内杯体22与外杯体21形成一个连通器，因此，外杯体21与内杯体22的液面高度相同。
2、使压靠件43正对内杯体22，将空心球100放入内杯体22中，然后，通过伸缩组件40使压靠件43下移，使压靠件43抵靠在空心球100上，然后，如图2所示，使压靠件43继续下移一段后停止，此时，外杯体21内的水外溢，使外溢的水利用带有刻度的容器收集，所收集的水的体积便是空心球100所排开水的体积，并同时记录第一传感器和第二传感器的数值。
3、如图3所示，继续使空心球100下移一段，然后，再次通过容器收集所排开的水的体积，然后再次记录第一传感器和第二传感器的数值。
4、通过受力分析建立平衡公式，从而验证阿基米德原理以及浮力变化特性。
应该说明的是：实验过程及原理为公知常识，针对于如何验证阿基米德原理以及第一传感器和第二传感器所测数据的意义也属于公知常识，在此不再赘述。
根据上述可知，本实用新型的优势为：
1、由于空心球100漂浮于内杯体22中，当空心球100下移时，空心球100瞬时使内杯体22的液面升高并产生波浪，而却不能使外杯体21产生波浪，由于孔221将内杯体22与外杯体21连通，内杯体22中的水通过孔221进入外杯体21中，内杯体22瞬间上升的液面缓慢下降并最后与外杯体21的液面齐平，水从内杯体22的下部进入外杯体21，从而不会对外杯体21的液面造成影响，使得水从外杯体21的杯口处平静的外溢。如此，从外杯体21所排出的水的体积与空心球100所浸入水内的体积相同，基本不存在误差。
2、压靠件43从空心球100的上方压靠空心球100相比于通过拉绳从空心球100的下方拉空心球100的方式，空心球100能够更加平稳的下移，从而能够防止空心球100水平晃动，使得外杯体21的水更加平静的外溢。
3、第一传感器可测量当空心球100排开水变化时，实验平台10所受力的变化以及容器组件20的整体重量，使实验数据更加丰富。
在本发明的一个优选实施例中，如图3所示，支架30上横置有安装板条32，安装板条32通过管套31套设于支架30上并通过紧定螺钉固定；伸缩组件40包括竖直设置于安装板条32下方的外管41、从外管41的下端穿出的伸缩杆42、自外管41的上端伸入外管41的顶杆44；顶杆44与安装板条32螺纹连接，顶杆44用于向下推抵伸缩杆42，外管41与伸缩杆42之间设置有弹簧45，压靠件43设置于伸缩杆42的下端并用于与内杯体22相对。如此，通过旋拧顶杆44可控制伸缩杆42的伸缩量，进而控制压靠件43的上下移动量，最终能够使空心球100稳定的保持在各种浸入水中的竖直位置，并保持了空心球100移动的平稳性。
优选地，压靠件43形成有开口朝下的V型槽，V型槽的槽壁用于与空心球100抵靠。外杯体21的杯口处形成有排液管道211。优选地，外杯体21的杯身的下部形成有出液管道212，出液管道212上设置有开关阀213。优选地，外杯体21的底部设置有安装模222，内杯体22固定于安装模222上。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (6)
1.一种高实验精度的浮力实验装置，用于测量空心球的浮力，其特征在于，包括：
实验平台，其上设置有承载盘，所述实验平台与所述承载盘之间设置有第一压力传感器；
容器组件，其用于放置于所述承载盘上，所述容器组件包括外杯体以及固定于所述外杯体中的内杯体，所述内杯体的杯身的下部开设有若干孔以使水能够在所述内杯体与所述外杯体之间流动；所述内杯体高于所述外杯体；
支架，其竖直设置在所述实验平台一侧；
伸缩组件，其竖直的设置于所述支架上；
压靠件，其设置于所述伸缩组件的下端，所述伸缩组件通过伸缩驱动所述压靠件上下移动以使所述压靠件通过抵靠漂浮于所述内杯体上的空心球而改变其浸入内杯体的液体内的体积；
第二压力传感器，其设置于所述伸缩组件与所述压靠件之间。
2.根据权利要求1所述的高实验精度的浮力实验装置，其特征在于，所述支架上横置有安装板条，所述安装板条通过管套套设于所述支架上并通过紧定螺钉固定；所述伸缩组件包括竖直设置于所述安装板条下方的外管、从所述外管的下端穿出的伸缩杆、自所述外管的上端伸入所述外管的顶杆；所述顶杆与所述安装板条螺纹连接，所述顶杆用于向下推抵所述伸缩杆，所述外管与所述伸缩杆之间设置有弹簧，所述压靠件设置于所述伸缩杆的下端并用于与所述内杯体相对。
3.根据权利要求1所述的高实验精度的浮力实验装置，其特征在于，所述压靠件形成有开口朝下的V型槽，所述V型槽的槽壁用于与所述空心球抵靠。
4.根据权利要求1所述的高实验精度的浮力实验装置，其特征在于，所述外杯体的杯口处形成有排液管道。
5.根据权利要求1所述的高实验精度的浮力实验装置，其特征在于，所述外杯体的杯身的下部形成有出液管道，所述出液管道上设置有开关阀。
6.根据权利要求1所述的高实验精度的浮力实验装置，其特征在于，所述外杯体的底部设置有安装模，所述内杯体固定于所述安装模上。
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