CN219105644U - 浮力实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的浮力实验仪，搭配使用敞口容器1、隔板2以及测试器4，学生通过观察流体逐渐下漏的过程中测试器4的浮沉情况，便可了解浮力产生的原因；搭配使用敞口容器1、测力计3以及测试器4，利用测力计3压测试器4入流体中，便可通过读数、受力平衡条件计算出浮力大小；搭配使用敞口容器1、测力计3以及测试器4，通过改变测试器4浸入流体中的体积、敞口容器1内流体的密度，结合测力计3的读数，便可获知影响浮力大小的因素；搭配使用敞口容器1以及测试器4，通过增减测试器4内部填充物的重量便可探索出测试器4沉浮的条件；本实用新型提供的浮力实验仪，能为理论和理解架设桥梁，使得学生更全面地理解浮力的知识。

Description

浮力实验仪

技术领域

本实用新型涉及物理实验教具技术领域，特别是浮力实验仪。

背景技术

物体浸在流体中，由于上下表面处于流体的深度不同，受到流体的压力也不同，浮力指的是物体在流体中上下表面受流体压力的差；浮力的大小的等于物体下沉时排开流体的重力；浮力的大小与物体浸在流体中的体积、流体的密度有关；物体悬浮于流体中的条件是重力等于浮力，当重力大于浮力时，物体下沉，反之则上浮。上述关于浮力的产生、浮力的大小、影响浮力大小的因素以及物体悬浮的条件，对于中学生而言晦涩难懂，除了要以重力、物体平衡条件、液体压强等知识为基础，还需具有一定的抽象思维能力以及理解“浮力”、“浮沉”等前概念，学生难以真正理解浮力的相关知识。

现有技术提供浮力实验教具，化抽象为具体，帮助学生理解浮力的相关知识，但依旧存在缺点，例如申请号为201922197557.X的专利文件“一种用于浮力实验的实验装置”，通过获取弹簧拉力计值以及称重筒在水中的高度来计算浮力大小，但是学生仅仅是按部就班地读取数据，利用已知公式完成浮力运算，对浮力的认知依旧浮于表面，停留在理论层面，对于浮力产生的原因、影响浮力大小的因素以及物体悬浮条件，学生依旧无法实质性地理解。

因此，有必要提出一种能让学生全面了解浮力知识的浮力实验仪，浮力知识包括浮力产生的原因、浮力的大小、影响浮力大小的因素以及物体沉浮的条件。

实用新型内容

本实用新型提供浮力实验室，解决现有技术存在的无法让学生全面理解浮力知识的问题。

本实用新型通过以下技术方案解决技术问题：

浮力实验仪，包括敞口容器、隔板、测力计以及测试器；

在所述敞口容器设有容纳腔，在所述敞口容器的底部紧贴内壁设有至少2个垫条，所述垫条的数量为偶数，且各个垫条等高，并以所述敞口容器的底部的中心为对称点对称设置；

所述隔板包括有底板、贯穿孔、排气管以及排气槽；在所述底板上设置贯穿孔；所述排气槽设置在所述底板内，所述排气槽的一端与所述贯穿孔的侧壁连通，所述排气槽的另一端与所述排气管连通，所述排气管沿着所述敞口容器顶部延伸；所述底板的形状与所述敞口容器底部形状相同，且所述底板的各条边的尺寸均比所述敞口容器底部对应边的尺寸小，所述各个垫条用于支撑所述底板；

在所述测力计底端安装固定板；在所述固定板底部安装螺杆；

所述测试器设有中空腔体，所述测试器顶部设有贯穿口，在所述贯穿口设有活动塞，所述活动塞的上端设有卡合扣；所述卡合扣可与所述螺杆适配安装，所述测试器底部可覆盖所述底板上的贯穿孔。

进一步地，所述活动塞的下端与所述测试器顶部的下表面齐平，所述活动塞的上端高于所述测试器顶部的上表面，在所述测试器顶部的上表面设有非贯穿性的凹槽，所述凹槽的体积与高于所述测试器顶部的上表面的这部分活动塞的体积相同。

进一步地，所述底板的各条边的尺寸均比所述敞口容器底部对应边的尺寸小10mm。

进一步地，所述测试器为长方体结构，所述测试器底部的尺寸大于所述底板上的贯穿孔的尺寸。

进一步地，所述排气管紧贴所述敞口容器的内侧壁。

本实用新型的优点与效果是：

本实用新型提供敞口容器、隔板、测力计以及测试器，各个组成部分可搭配使用；搭配使用敞口容器、隔板以及测试器，底板上没过测试器顶部的流体逐渐下漏至敞口容器中，学生通过观察这个过程中测试器的浮沉情况，便可理解浮力产生的原因；搭配使用敞口容器、测力计以及测试器，利用测力计压测试器入流体中，便可通过读数、受力平衡条件计算出浮力大小；搭配使用敞口容器、测力计以及测试器，通过改变测试器浸入流体中的体积、敞口容器内流体的密度，结合测力计的读数，便可获知浮力的大小与测试器浸入流体中的体积以及流体的密度有关；搭配使用敞口容器以及测试器，量取与测试器等体积的流体的重量，将测试器重量配置成与该重量相等，再将测试器放入盛有流体的敞口容器中，便能发现测试器悬浮在流体内部，通过增减测试器内部填充物的重量便可实现测试器的上浮和下沉，由此便可探索出测试器沉浮的条件；本实用新型提供的整套结构，可以方便地探究浮力产生的原因、浮力大小、影响浮力大小的因素以及物体沉浮条件，真正地为理论和理解架设桥梁，使得学生更容易、更全面地理解浮力的相关知识。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图。

图2为敞口容器的结构图。

图3为敞口容器的剖视图。

图4为隔板的结构图。

图5为隔板的剖视图。

图6为测力计的结构图。

图7为测试器的结构图。

图8为测试器的剖视图。

图9为搭配使用敞口容器、隔板、测试器的结构图。

图10为搭配使用敞口容器、测力计、测试器的结构图。

图中标号为：

1、敞口容器；11、容纳腔；12、垫条；

2、隔板；21、底板；22、贯穿孔；23、排气管；24、排气槽；

3、测力计；31、固定板；32、螺杆；

4、测试器；41、活动塞；42、凹槽。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型并不局限于这些实施例。

浮力实验仪，包括敞口容器1、隔板2、测力计3以及测试器4；

在所述敞口容器1设有容纳腔11，用于盛放流体，在所述敞口容器1的底部紧贴内壁设有至少2个垫条12，所述垫条12的数量为偶数，且各个垫条12等高，并以所述敞口容器1的底部的中心为对称点对称设置；

所述隔板2包括有底板21、贯穿孔22、排气管23以及排气槽24；在所述底板21上设置贯穿孔22；所述排气槽24设置在所述底板21内，所述排气槽24的一端与所述贯穿孔22的侧壁连通，所述排气槽24的另一端与所述排气管23连通，所述排气管23沿着所述敞口容器1顶部延伸；所述底板21的形状与所述敞口容器1底部形状相同，且所述底板21的各条边的尺寸均比所述敞口容器1底部对应边的尺寸小，所述各个垫条12用于支撑所述底板21；

在所述测力计3底端安装固定板31；在所述固定板31底部安装螺杆32；

所述测试器4设有中空腔体，所述测试器4顶部设有贯穿口，在所述贯穿口设有活动塞41，所述活动塞41的上端设有卡合扣；所述卡合扣可与所述螺杆32适配安装，所述测试器4底部可覆盖所述底板21上的贯穿孔22。本实用新型的剖视图如图1所示。其中，敞口容器1的结构图如图2所示，敞口容器1的剖视图如图3所示，隔板2的结构图如图4所示，隔板2的剖视图如图5所示，测力计3的结构图如图6所示，测试器4的结构图如图7所示，测试器4的剖视图如图8所示。

为测试能得到准确的数据，本实用新型的所述活动塞41的下端与所述测试器4顶部的下表面齐平，当然也可突出于所述测试器4顶部的下表面，所述活动塞41的上端高于所述测试器4顶部的上表面，便于按需去下活动塞41，在所述测试器4顶部的上表面设有非贯穿性的凹槽42，所述凹槽42的体积与高于所述测试器4顶部的上表面的这部分活动塞41的体积相同。上述设置使得体积互补，使得即便活动塞41的上端高于测试器4上表面，由于凹槽42的存在，测试器4整体的体积依旧不变，在探究浮力相关知识的各个实验中得到的结果更为精准。

进一步地，所述测试器4为长方体结构，所述测试器4底部的尺寸大于与所述隔板2上的贯穿孔22的尺寸，即贯穿孔22为长方形结构，测试器4底部可覆盖贯穿孔22。

进一步地，所述排气管23紧贴所述敞口容器1的内侧壁。该设置方式下，整体的结构更为美观，也不会因为排气管23的存在影响各个实验的开展。

考虑到实验时长，优选地，所述底板21的各条边的尺寸均比所述敞口容器1底部对应边的尺寸小5-15mm，最优选的是所述底板21的各条边的尺寸均比所述敞口容器1底部对应边的尺寸小10mm。

用户可根据需求设置敞口容器1、隔板2、测试器4的尺寸和形状。

本实用新型实施例以如下尺寸、结构信息进行各个浮力实验的阐述：

敞口容器1为长方体结构，由4mm透明有机玻璃板制成，其外部尺寸为200mm*150mm*250mm，垫条12高度为50mm，垫条12用于支撑隔板2；

隔板2的底板21为长方形，由4mm透明有机玻璃板制成，尺寸为190mm*140mm*240mm，底板21上的贯穿孔22为35mm*35mm的正方形结构，底板21由垫条12支撑，底板21的各条边比与敞口容器1的对应边小10mm，流体可通过10mm的缝隙下漏到底板21下方的容纳腔11中，排气槽24设在底板21的内部，探究浮力产生的原因时，底板21下方的空气会通过排气槽24、排气管23排出至容纳腔11的上方，若底板21下方的空气无处排放，随着流体下漏的量越来越多，底板21下方的压强也越来越大，会将测试器4推开，导致实验失败；

测力计3是以现有的拉压测力计为基础进行改装的，去掉拉压测力计底部的固定板31上的钩，在固定板31底部钻直径为3mm的孔，并将直径3mm、长50mm的螺杆32通过螺帽固定安装到该孔上；

测试器4为长方体结构，由4mm透明有机玻璃板制成，外部尺寸为40mm*40mm*100mm，贯穿口为圆形，活动塞41为直径8mm、高10mm的橡胶塞，橡胶塞的中心处设有直径2.5mm、高8mm的卡合扣，该卡合扣与测力计3的螺杆32适配安装。

探究浮力产生的原因时，搭配使用敞口容器1、隔板2、测试器4，其结构图如图9所示。将隔板2放入敞口容器1中，隔板2搭在垫条12上，隔板2将敞口容器1分隔成上下两个腔体，将测试器4底部覆盖底板21上的贯穿孔22，往上腔体注入流体，例如水，直至流体完全没过测试器4的顶部，流体会沿着底板21与敞口容器1的侧壁之间的空隙往下流，对于测试器4而言，上方的流体和空气在其上方施加了一个向下的压力，底板21下方的空气在其下方施加了一个向上的压力，此时向下的压力与自身重力之和大于向上的压力，测试器4无法上浮。随着流体渐渐下漏，底板21下方的空气沿着排气槽24、排气管23排出至测试器4上方，当底板21下方完全没有空气，即底板21的上方和下方的流体成为整体时，敞口容器1内的流体施加给测试器4向上的压力大于流体施加给测试器4向下的压力、测试器4自身重力之和，此时测试器4上浮。学生通过观察流体的位置变化、测试器4的浮沉情况便可获知浮力是由测试器4受到流体对其上下表面压力差产生的，进而知晓浮力产生的原因。

探究浮力的大小时，搭配使用敞口容器1、测力计3、测试器4，其结构图如图10所示。将测力计3的螺杆32与活动塞41上的卡合扣适配安装，敞口容器1内装入流体，利用测力计3将测试器4压入流体中，根据测力计3的读数便可直观地读取测试器4所受的压力大小和方向，进而得到测试器4所受的浮力为测试器4自身重量与测力计3的读数之和。

探究影响浮力大小的因素时，搭配使用敞口容器1、测力计3、测试器4，其结构图如图10所示。将测力计3的螺杆32与活动塞41上的卡合扣适配安装，敞口容器1内装入流体。在其它条件不变的前提下(例如在同一气压环境下、针对同一流体的前提下)，利用测力计3将测试器4压入流体中，增大测试器4排开流体中的体积时，测力计3的读数随之增大，反之减小，由此便可获知在其它条件不变的前提下浸入流体中的测试器4的体积越大，测试器4所受的浮力越大。在其它条件不变的前提下(例如在同一气压环境下、测试器4浸入流体的体积不变的前提下)，改变流体的密度，通过测力计3的读数便可直观的获知流体的密度越大，测试器4受到的浮力也越大，反之越小。

探究测试器4的浮沉条件时，搭配使用敞口容器1和测试器4，由“物体所受浮力的大小为物体排开液体的重力”可知，针对敞口容器1内的流体，量取与测试器4同体积的流体，称重，打开测试器4的活动塞41，向里增减填充物，使得测试器4的整体重量与同体积的流体的重量相等，将填充后的测试器4放入敞口容器1的流体中，测试器4悬浮在流体中，此时便可获知当前测试器4的浮力等于其重力大小。往测试器4内部增加更多的填充物时，便会发现测试器4下沉，减少测试器4内部的填充物时，便会发现测试器4上浮。由此便可获知物体的重量等于浮力时，物体可悬浮在流体中。

本实用新型可将4个实验融合到一套教具中，学生可方便地获取浮力产生的原因、浮力大小、影响浮力大小的因素以及物体沉浮条件的知识，实现一具多用，且结构简单、制作容易、美观耐用、操作方便、现象明显、结果准确。

Claims (5)

1.浮力实验仪，其特征在于：

包括敞口容器(1)、隔板(2)、测力计(3)以及测试器(4)；

在所述敞口容器(1)设有容纳腔(11)，在所述敞口容器(1)的底部紧贴内壁设有至少2个垫条(12)，所述垫条(12)的数量为偶数，且各个垫条(12)等高，并以所述敞口容器(1)的底部的中心为对称点对称设置；

所述隔板(2)包括有底板(21)、贯穿孔(22)、排气管(23)以及排气槽(24)；在所述底板(21)上设置贯穿孔(22)；所述排气槽(24)设置在所述底板(21)内，所述排气槽(24)的一端与所述贯穿孔(22)的侧壁连通，所述排气槽(24)的另一端与所述排气管(23)连通，所述排气管(23)沿着所述敞口容器(1)顶部延伸；所述底板(21)的形状与所述敞口容器(1)底部形状相同，且所述底板(21)的各条边的尺寸均比所述敞口容器(1)底部对应边的尺寸小，所述各个垫条(12)用于支撑所述底板(21)；

在所述测力计(3)底端安装固定板(31)；在所述固定板(31)底部安装螺杆(32)；

所述测试器(4)设有中空腔体，所述测试器(4)顶部设有贯穿口，在所述贯穿口设有活动塞(41)，所述活动塞(41)的上端设有卡合扣；所述卡合扣可与所述螺杆(32)适配安装，所述测试器(4)底部可覆盖所述底板(21)上的贯穿孔(22)。

2.根据权利要求1所述的浮力实验仪，其特征在于：

所述活动塞(41)的下端与所述测试器(4)顶部的下表面齐平，所述活动塞(41)的上端高于所述测试器(4)顶部的上表面，在所述测试器(4)顶部的上表面设有非贯穿性的凹槽(42)，所述凹槽(42)的体积与高于所述测试器(4)顶部的上表面的这部分活动塞(41)的体积相同。

3.根据权利要求1所述的浮力实验仪，其特征在于：

所述底板(21)的各条边的尺寸均比所述敞口容器(1)底部对应边的尺寸小10mm。

4.根据权利要求1所述的浮力实验仪，其特征在于：

所述测试器(4)为长方体结构，所述测试器(4)底部的尺寸大于所述底板(21)上的贯穿孔(22)的尺寸。

5.根据权利要求1所述的浮力实验仪，其特征在于：所述排气管(23)紧贴所述敞口容器(1)的内侧壁。

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