CN2445393Y - 多用流体压力演示浮沉子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多用流体压力演示浮沉子,其特征在于:设一透明质中空柱形体,柱形体上端设有一密封盖,柱形体下端固接一橡塑薄膜底,柱形腔体内装有色液,柱形体底部至顶部设有刻度,本实用新型可直接证明流体压力的相关定律和相关数据,并较易演示流体压力定律的多用流体压力演示浮沉子。

Description

多用流体压力演示浮沉子

本实用新型涉及一种教学用仪器，尤其是一种多用流体压力演示浮沉子。

目前小学自然和中学物理课教学中所用的流体压力教学演示教具较难直观的验证与流体压力相关定律及数据，往往只给出几种现象，通过相关的公式多次演算，间接地证明某些定律和相关数据，如流体压力演示中阿基米德定律和帕斯卡定律，老师讲解半天，而学生由于缺少感性认识，往往理解不了，激发不了学生的求知兴趣。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用简单的加压装置和可密封容器就可直接证明流体压力的相关定律和相关数据，并较易演示流体压力定律的多用流体压力演示浮沉子。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：设一透明质中空柱形体，柱形体上端设有一密封盖，柱形体下端固接一橡塑薄膜底，柱形腔体内装有色液，柱形体底部至顶部设有刻度。

所说的柱形体以哑铃体为佳，即两端部膨出，中间为细长颈。

所说的密封盖与柱形体结合部位增设有密封圈。

所说的密封盖也可与柱形体设计成一成体。

所说的柱形体下部设有环形凹槽或凸起。

所说的柱形体上设有的刻度可为柱形体腔容积刻度，或是柱形体体积刻度，也可以是压强与柱形体腔变化比值刻度，还可以是三排分别为上述三种刻度。

本实用新型根据不同实验目的与可加压的不同密封容器组合成多用流体压力定律验证演示装置，如验证阿基米德定律，其装置如图1所示，有圆柱形透明质容器1，容器上盖2上的通孔3与输气管4一端相连，输气管另一端与输气加压装置6相连，将多用流体压力演示浮沉子6置于盛有液体容器中：这时它在竖直方向上承受重力G和浮力F_浮，由平衡力原理可知，F_浮=G，而G=mg，式中m为浮沉子的设计质量，g为重力加速度，由阿基米德定律F_浮=ρ_液gV_排，ρ_液为容器中所装液体的密度，V_排等于浮沉子浸入液体中的体积，设计时可测出，也可以从浮沉子外部刻度直接读出。实验证明，当把容器中压强增大时，浮标底部橡皮膜向上凸度增大，浮沉子内有色液体上升，其升高的体积为V_增，浮沉子自身重量因橡皮上凸，装入下部的液体增多而增大(这里所说浮标重量含薄膜上凸后载面以上液体)。浮沉子增加的重量G_增=ρ_液gV_增，当浮沉子自身重量增大时，它浸入液体中的体积增加，由平衡力原理可知，它受到的浮力增大，增加的浮力用F_浮增表示，此时浮沉子自身总重量G_总=G+G_增。浮沉子受到的总浮力：F_浮总=F_浮+F_浮增，由平衡力原理知：G_总=F_浮总，又因G=F_浮，所以，G_增=F_浮增，又因为G_增=ρ_液V_增g，F_浮总=ρ_液gV_排增，所以V_增=V_排增，只要在实验中能测出V_增等于V_排增，即可证明：浸在液体中的物体受到液体对它的浮力变化量等于物体排开液体重量的变化量。从而达到验证阿基米德定律的目的。而利用此套装置中的浮沉子，能从实验中直接读出V_排增和V_增的值。

验证帕斯卡定律(实验装置如图2)，将三个底部连通可密封容器A、B、C做成一个连通容器，在容器A中放入浮沉子6，并在连通器中装入一定量的水或其它液体，A容器中液体不宜装满，在A容器的口上盖上带有橡胶管，并与洗尔球相连的盖，盖上还设有显示压力的指示器8，在B、C容器上塞带有玻璃管的橡胶塞7(玻璃管下口应浸入水中)，当压缩气囊时(即加压装置5)，其它两个容器口上的玻璃管内水柱上升，且升高的高度相等，浮沉子内空气体积压缩浮标内有色液柱上升，浮沉子浸入水中体积增加。从实验中可以看到：容器中液体和气体能把外力加在它上面的压强大小不变地向各个方向传递。

气体的压强与体积的关系实验。如图3，加压装置5即气囊内容气与容器1上部空气形成一个整体，为观察气压方便，上盖上还设有显示压力的指示器8，当用力压缩气囊时，囊内一部分空气通过输气管4与上盖2上的通气孔3流入容器上部，整个封闭系统内空气体积减小，压强增大，这压强被水传递到浮沉子，使浮沉子内空气体积减小，压强增大，在不计橡皮膜弹性力的条件下，这压强就等于ρ_液g，重复上述实验，进行分析归纳可以得出：一定量的气体，在温度保持不变时，体积减小，压力增大，体积增大，压力减小，压力与体积成反比从而得到验证，这就是波义耳定律。

如图3，对容器内液体加热，使浮沉子浮沉升降，对液体进行搅拌，使其达到热均匀，用温度计测出液体在不同时刻的稳定温度，调节洗尔球，使加在浮沉子内的压强不变，从浮沉子内上部空气体积的变化关系可以得出：一定量气体，在压力保持不变时，它的体积与热力学温度成正比，从而验证盖、吕萨克定律。

同样如图3中容器内液体加热，待浮沉子内的物质达到热平衡时，调节气囊压力，使浮沉子内上部空气体积不变，测出多次达到不同的热平衡时，容器中液柱压强ρ_液g值，并进行分析归纳可以得出：一定量气体，在体积保持不变时，它的压力与热力学温度成正比，从而验证查理定律。

利用这套设备还能演示用于小学自然中“空气占据空间”，“压缩空气”，“大气压力”，“水的浮力”，“浮沉的秘密”，“壶嘴高度的秘密”等实验和中学物理中“液体对压强的传递”，液压机、液体内部的压强、虹吸现象等。

从上述情况可知，本实用新型的目的是可以实现的，经实际教学应用效果很好，在演示实验中可直接读出浮沉子受到液体的浮力的变化量，还可直接读出浮沉子内上部空气的体积和压力，从而解决教学难度较大，学生不易理解和掌握的流体压力知识问题，也为直观地验证阿基米德定律、帕斯卡定律等提供了新的验证方法。

图4为本实用新型的结构示图。

下面根据附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：

如图4所示：设计一透明质中空柱形体6，本实施例选用哑铃体，哑铃体上端设有一密封盖9，当然密封盖也可与哑铃体设计成一体，本实施例选用前者，为保证密封度，本实施例在哑铃体与密封盖间增设一密封圈，哑铃体腔内装有有色液体11，液体可以是兰色、黑色、绿色、红色等任何一种，本实施例选用红色，有色液体量以在常温常压下装至哑铃体下腔上端为佳，考虑到演示实验的灵敏度，哑铃体的中间颈部10腔截面积不宜过大，一般为哑铃体端部腔体的1/20-30，本实施例选用1/25，哑铃体中间颈部容积一般为一端腔体体积的1/8-14为佳，本实施例选用1/10。哑铃体的大小根据实验需要设定，一般选用端部直径为20-25mm，长为30-35mm的圆柱腔，颈部直径为10-14mm，长为38-42mm为佳。本实施例选用端部直径为20mm，长32mm，颈部直径为12mm，长40mm的哑铃体，哑铃体上设有表示腔体容积、哑铃体体积及腔内气体压强的任一种或几种刻度13，本实施例设有三排刻度，分别为有哑铃体腔容积、哑铃体体积和压强刻度，哑铃下端固接一橡塑薄膜底12，为二者连接方便，哑铃体下部设有环状凹槽14，或环状凸起或不连续环状凸起，本实施例选用环状凹槽。哑铃体及盖的抗压强度较高，密度大于液体。使整个哑铃体内腔是一个密封体，所说的哑铃体与橡塑薄膜固接可以是粘接、扎接、或套接，也可将橡塑薄膜通过带螺纹的环状体与哑铃体下部设有的螺纹旋转，使二者固接，本实施例选用粘接，橡塑薄膜一般选用弹性大、变形易的气球壁为佳。

Claims (10)

1、一种多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：设一透明质中空柱形体(6)，柱形体上端设有一密封盖(9)，柱形体下端固接一橡塑薄膜底(12)，柱形腔体内装有色液(11)，柱形体底部至顶部设有刻度(13)。

2、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的柱形体为哑铃形。

3、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的密封盖与柱形体结合部位增设有密封圈。

4、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的密封盖与柱形体设计成一成体。

5、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的柱形体上设有的刻度为柱形腔容积刻度。

6、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的柱形体上设有的刻度为柱形体体积刻度。

7、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的柱形体上设有的刻度为压强与柱形腔变化比值刻度。

8、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：所说的柱形体上设有的刻度是三排分别为柱形腔容积刻度、柱形体体积刻度和压强与柱形体腔变化比值刻度。

9、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：柱形体下部设有环状凹槽(14)。

10、根据权利要求1所述的多用流体压力演示浮沉子，其特征在于：柱形体下部设有点状凸起。

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