CN211604476U - 一种浮力实验设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及实验教学器材技术领域，具体公开了一种浮力实验设备。包括测试筒，测试筒内均匀分有若干隔间，隔间内均设有气压杆，气压杆的缸体外周设有密封空腔，气缸和密封空腔连接处设有阀门，气压杆顶部均设有托盘，测试筒外部设有与隔间连通的出水管，出水管数量与隔间相对应，托盘低于出水管位置，测试筒下段设有一圈凹槽，凹槽内滑动连接有若干称重板，称重板上均放置有量杯。目的在于解决传统的不同种类的浮力现象同步、对比实验演示不方便形成对比实验的问题。

Description

一种浮力实验设备

技术领域

本实用新型涉及实验教学器材技术领域，具体公开了一种浮力实验设备。

背景技术

物体的浮力定律，又称阿基米德定律，是物理学上的一个非常重要的定律。物理学习中，浮力现象是物理课程中的重点内容，溶液产生浮力的原因以及影响浮力的因素始终是教学的难点。根据浮力定律的公式，通过公式可得出物体的浮力大小与溶液的密度和物体排开溶液的体积有关，而与物体的质量、体积、重力、形状、浸没的深度等均无关。理论知识虽然简单，但是基于此理论基础衍生出来的相关题目却常常使学生晕头转向，例如常见的一些浮力题目：体积相同的三个小球塑料球、铁球、木球浸入在水中，待它们静止后，它们受到的浮力谁大，两个体积相同的铁球分别放置在水和水银中，受到的浮力谁大，质量相同的铜、铁、铝三块金属，投入水银中后受到的浮力大小关系是什么等等，此时浮力知识就显得千变万化、晦涩难懂，教师讲学，学生也理解比较吃力，针对各个情形下的浮力现象最直观的学习方法就是实验验证，然而在当前物理教学中还没有将具体实际例子放在课堂上加深学生对浮力现象理解的教学装置，一是没有相应针对各种浮力情形的浮力实验装置，二是教师或学生因为操作繁琐放弃实验探究，导致浮力学习只能停留在课本上，无法具体操作，导致教学效率低下，甚至一些学生采用死记硬背的方式，学生对于浮力定律的理解不够深刻，就会造成解题思路错误，导致丢分的现象，学生无法真正理解浮力现象，无法将理论应用到实际解题与实验设计中，对物理学习效果造成很大的影响。

目前物理中研究浮力现象的实验装置比较简单，操作比较麻烦，可视性不好，实验装置仅仅只能演示一种物体的浮力效应，如果需要演示其他物体浮力状态，则需要进行反复操作、分次进行，浪费实验时间，并且对于物理浮力现象的演示效果不够直观明显，对于提升物理浮力实验现象的教学效果不明显，演示结果给学生的印象不深刻，对于提高物理学习效果帮助不大。目前，在物理浮力现象演示的实验中还存在一些问题，如下：

1、传统的物理浮力现象的实验过程中使用的用具主要包括：各种配重物、弹簧测力计、烧杯、天平等等，实验器具比较琐碎，而且实验器具零散放置，没有一体式、整体化放置的浮力实验装置，实验演示器材找寻、管理及携带非常不便。

2、传统的物理浮力实验所用的实验器材比较单一，无法满足各种情形下浮力实验演示，如等质量不同物体漂浮状态受到浮力大小的判断及演示、等体积不同物体漂浮状态受到浮力大小的判断及演示、等质量不同物体沉入液体状态受到浮力大小的判断及演示以及等体积不同物体沉入液体状态受到浮力大小的判断及演示，学生无法针对不同情形下浮力现象进行全面学习，实验方式比较单一，学生无法全面、深入的理解浮力知识。

3、目前的使用的物体浮力现象的演示装置只能实现单独一种类型的重物在溶液中的浮力演示，对于演示不同物体在溶液里漂浮物体所受浮力大小的演示以及相同物体不同体积下的浮力实验中，需要不断的更换重物种类，操作麻烦，不能同时进行，不能灵活的进行不同种类的浮力现象同步、对比实验演示，因此不能形成对比实验，学生无法通过对比实验直观学习浮力知识，致使学生不能灵活深刻的理解和掌握阿基米德定律，导致物理教学效果较差。

4、当前使用量筒或烧杯等实验用具对于排开液体体积的测量非常不便，目前普遍采用的方式有两种：

(1)一是观察量筒或烧杯上液面位置刻度变化来计算排开液体的体积，但是浮力演示过程中，溶液液面平稳程度不好控制，需要等待液面静止才能较为准确测量，使得实验进程减缓，浪费时间，而且液面变化幅度容易较小不利于读数，液面变化幅度过大容易洒漏，而且读数时也容易因实验人员读数姿势问题产生较大实验偏差，容易导致实验数据不准确，进而影响实验结果甚至演示得到错误的错误的实验结果，给学生带来误导，不利于浮力知识学习；以及变化幅度不利于浮力浮力实验演示的进行；

(2)二是将烧杯底部一侧垫放一物块，使得烧杯倾斜，在烧杯嘴部下方放置小桶，从而实现浮力演示时配重物落入溶液过程中溢出的溶液流入小桶内，然而这种实验方式存在诸多不便：第一，需要保证烧杯倾斜放置时液面刚好处于与烧杯嘴处持平，溶液不能低于烧杯嘴处，这就对垫块的高度、放置位置具有严格的要求，使得实验操作较为困难，学生不好控制；第二，烧杯倾斜放置，底部垫块不稳定，极易发生晃动，导致烧杯滑落使得实验无法进行；第三，量筒应贴在烧杯侧壁，烧杯受力不稳定容易错位和滑动，导致溶液溢出过程中极易发生洒漏，导致实验测量不准确，影响实验准确性。

5、在使用弹簧测力计时，通常是教师或学生手持弹簧测力计，在测量过程中，弹簧测力计不能固定，无法通过提拉弹簧测力计准确控制弹簧测力计下部吊挂的配重物的高度位置，手部长时间提拿容易疲劳，而且手持弹簧测力计也会造成读数不便，容易产生读数误差，影响实验准确性。

6、在进行浮力现象中物体所受浮力只与物体排开溶液的体积有关的实验验证时，将浮力排出的溶液需要专门盛放进单独的容器内，这样的操作非常不方便，容易使溶液洒漏，而且需要再次进行浮力实验时，由于洒漏，往往需要再次补充溶液，增加实验步骤与实验时长，降低教学效率。

7、传统浮力实验器具中都是采用细线将配重物捆绑再悬挂于弹簧测力计下方，然而采用细线捆绑配重物比较繁琐，细线捆绑若缠绕线圈过少，配重物容易掉落，细线捆绑过多操作繁琐且浪费实验时间，而且采用细线捆绑容易产生死结，操作非常不便。

综上，目前，在物理浮力现象的教学演示中，物理浮力现象的演示实验的教学效果不佳，而且实验器具比较单一，效果不好，学生无法真正理解浮力现象，还存在诸多问题以待解决，因此，急缺一种整体化、一体式物理浮力实验演示装置，实现等质量不同物体漂浮状态受到浮力大小的判断及演示、等体积不同物体漂浮状态受到浮力大小的判断及演示、等质量不同物体沉入液体状态受到浮力大小的判断及演示以及等体积不同物体沉入液体状态受到浮力大小的判断及演示等不同情形下全面的物体受到的浮力状态对比演示装置，因此，有必要提出一种物理浮力现象的实验装置，解决上述问题，具有极大的教学意义和使用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决传统的不同种类的浮力现象同步、对比实验演示对比不直观的问题。

为了达到上述目的，本实用新型的基础方案提供一种浮力实验设备，包括测试筒，测试筒内均匀分有若干隔间，隔间内均设有气压杆，气压杆的缸体外周设有密封空腔，气缸和密封空腔连接处设有阀门，气压杆顶部均设有托盘，测试筒外部设有与隔间连通的出水管，出水管数量与隔间相对应，托盘低于所述出水管位置，测试筒下段设有一圈凹槽，凹槽内滑动连接有若干称重板，称重板上均放置有量杯。

本基础方案的原理及效果在于：

1.测试筒的隔间内均设有气压杆，气压杆的缸体外周设有密封空腔，当物体放置在气压杆上的托盘时，活塞杆向下推动气体进入密封空腔，物体下沉，将物体移走时托盘和活塞杆没有受到压力，密封空腔内的气体回到气缸终，托盘和活塞杆自然上升回到原位。

2.液体放入隔间内的要求是没过托盘且水平线刚好低于出水管，当物体放在托盘上时，托盘下沉，物体沉入液体中，排出的液体从出水管中流出。

3.量杯放置在称重板上，将称重板移至出水管的下部，流出的液体正好流入量杯中，从从量杯中直接看到液体的体积，以及从称重板上看到液体的重量。

4.当出水管内的液体停止流出时，量杯内的体积和重量为最终体积和重量，后将需要对比的量杯和称重板在凹槽内滑动，滑到相邻的位置，可以进行直观的对比。

5.与现有技术相比，采用隔间内放置液体，并且液体从出水管流出至量杯的方式，液体不容易撒漏并且液体容易补充，减少消耗，当排出的液体流入量杯中后可移动称重板，将他们滑动至一侧进行直观的对比，且装置易清洗更换液体等，方便教学。

进一步，所述隔间底部均设有出水口。当某一隔间内的液体需要更换时，可以单独就这一隔间的液体进行替换，不会影响其他隔间的液体。

进一步，所述托盘均处于同一水平线。以保证物体沉入位置和排出的液体不受托盘和气压杆的影响。

进一步，所述出水管均处于同一水平线。以保证物体进入液体中后，排出的液体不会受装置的影响从而影响对比。

附图说明

图1为本实用新型实施例一种浮力实验设备的主视图；

图2为本实用新型实施例一种浮力实验设备的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：测试筒1、托盘3、出水管4、量杯5、称重板6、凹槽7。

一种浮力实验设备，实施例如图1和图2所示。包括一个圆柱形的测试筒1，筒内均匀分为三个扇形隔间，每个隔间内均设有一根气压杆，气压杆的缸体外周设有密封空腔，气缸和密封空腔连接处设有阀门，气压杆顶部均设有托盘3，测试筒1外部设有与隔间连通的出水管4，出水管4数量和位置都与隔间相对应，测试筒1下段设有一圈凹槽7，凹槽7内滑动连接有三块称重板6，称重板6上均放置有量杯5。

隔间底部均设有出水口，称重板6上设有数字显示屏，量杯5上有刻度尺，气压杆和托盘3的位置低于出水管4的位置，托盘3位于同一水平线上，出水管4都位置也都在同一水平线上。

当设备投入教学使用时，将不同的液体分别放入隔间中，液体要求没过托盘3但不超过出水管4，托盘3没在液体中可减少托盘3体积对物体排出液体体积的影响，将待测物体放置在托盘3上，托盘3受到压力下压，气压杆下压将气缸内的气体挤压到空腔内，物体排出的液体通过出水管4流入量杯5内，从量杯5中可直观看到液体流出的体积，从称重板6上可直观看到流出液体的质量，当出水管4不再流出液体时，可将需对比的量杯5下的称重板 6在凹槽7内移动，移动到邻近的位置进行直观的对比。

当结束测试后，使用镊子将物体夹取出来，当物体离开托盘3后，密封空腔内的气体回到气缸，托盘3自然上升回到原位，需要换掉某一隔间内的液体时可直接从隔间底部的出水口放出液体，隔间之间的液体更替不受彼此的影响，可单独更替，量杯5中的液体也可直接倒回隔间中，损耗的液体量极少，只有残留在量杯5中和依附在出水管4内的液体，节省了材料，不造成多余的浪费。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种浮力实验设备，其特征在于，包括测试筒，测试筒内均匀分有若干隔间，隔间内均设有气压杆，气压杆的缸体外周设有密封空腔，气缸和密封空腔连接处设有阀门，气压杆顶部均设有托盘，测试筒外部设有与隔间连通的出水管，出水管数量与隔间相对应，托盘低于所述出水管位置，测试筒下段设有一圈凹槽，凹槽内滑动连接有若干称重板，称重板上均放置有量杯。

2.根据权利要求1所述的一种浮力实验设备，其特征在于：所述隔间底部均设有出水口。

3.根据权利要求1所述的一种浮力实验设备，其特征在于：所述托盘均处于同一水平线。

4.根据权利要求3所述的一种浮力实验设备，其特征在于：所述出水管均处于同一水平线。

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