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浮力实验:测力计减小值等于浮力

时间:2023-08-12 理论教育 版权反馈
【摘要】:平稳地抬高溢水杯支架,使金属块浸入水中,由于水对金属块有浮力,导致弹簧测力计示数减小,测力计示数减小的数值就等于浮力的大小。

浮力实验:测力计减小值等于浮力

1.浮力的方向

实验器材:矿泉水瓶、水、乒乓球、细红线。

实验过程:将细红线两端分别固定在乒乓球和矿泉水瓶的底部。将水慢慢注入矿泉水瓶,直到乒乓球被淹没,观察红线,发现红线在竖直方向被拉直。然后,使矿泉水瓶倾斜,观察红线,红线仍旧在竖直方向上被拉直。

实验结论:浮力的方向总是竖直向上。

2.浮力产生的原因

实验器材:塑料可乐瓶、乒乓球、水。

实验过程:将一个塑料可乐瓶剪去底部,倒置。把一个乒乓球放在瓶内,从上面倒入水,观察到有少量水从乒乓球与瓶颈缝隙中流出,但乒乓球并不上浮,直到水倒满后,乒乓球还沉在水底没有浮起来。然后用手堵住瓶口,使水慢慢流下并注满乒乓球的下部空间,观察到乒乓球上浮。

实验结论:浸在液体中的物体要受到竖直向上的浮力。

3.验证阿基米德原理

实验器材:铁架台及其附件、弹簧测力计、溢水杯、金属块、粗铁丝、小杯。

实验过程:把弹簧测力计上端固定在铁架台上。用粗铁丝做一个框,上端悬吊一个金属块,下端放一小杯。在金属块的下方,有一个溢水杯,溢水杯放置在铁架台上,溢水杯跟金属块、粗铁丝都不接触。这时,测力计的读数表示金属块、铁丝框和小杯的总重力。在溢水杯中倒水,使杯中水面恰好平齐溢水口。平稳地抬高溢水杯支架,使金属块浸入水中,由于水对金属块有浮力,导致弹簧测力计示数减小,测力计示数减小的数值就等于浮力的大小。但从溢水杯中排开的水流进了铁丝框上的小杯中,小杯中的水又导致测力计示数增加,增加的示数就等于小杯中水的重力。实验结果表明,最终测力计的示数既没有增加,也没有减小,说明金属块所受到的浮力大小跟小杯中水的重力相等,而小杯中的水就是金属块排开的水。不管溢水杯抬高到哪个位置,测力计示数都不变。

实验结论:说明金属块浸在水中所受的浮力,总等于它排开水的重力,验证了阿基米德原理。

4.探究浮力大小与排开液体所受重力的关系

实验器材:天平砝码、细线、石头、溢水杯、弹簧测力计、盛水桶、水、盐水。

实验过程:用弹簧测力计测出石头的重力。将石头浸没于装满水的溢水杯中,用弹簧测力计测出溢出水的重力,并进行比较。换用盐水,重复以上步骤。

实验结论:物体所受浮力等于它排开液体所受的重力。

5.浮沉现象

实验器材:玻璃杯、鸡蛋、水、食盐

实验过程:把一个鸡蛋放入装有清水的玻璃杯中,鸡蛋缓缓沉入杯底;逐渐向水中加入食盐,边加边搅拌,鸡蛋会悬浮在水中;随着加入食盐的增多,鸡蛋会慢慢浮出水面。

实验结论:当液体的密度小于物体密度时,物体沉入容器底;当液体的密度等于物体密度时,物体悬浮;当液体的密度大于物体密度时,物体上浮,最后漂浮。

6.自制潜水艇

实验器材:试管(含橡胶塞)、注射器、大玻璃水槽、软管、细铁丝。

实验过程:用一个钻了两个小孔的橡皮塞塞紧试管。在两个小孔中各插一根短玻璃管,并在玻璃管上分别接上软管。其中一根软管稍长,跟注射器相连,另一根软管稍短,只要试管口能浸没在水面以下即可,如图5-2-6所示。为使试管能水平浮在水面,可在试管尾部上绕几圈铁丝作为配重,使它平衡。

演示时将试管放入大玻璃水槽中,让它水平浮于水面。用注射器从试管中抽气,试管里的水就增多;往试管里压气,试管里的水减少。控制进入试管里的水量,就可以使试管在水中下沉、上浮或悬浮。

本实验中,试管相当于潜水艇的水箱。用注射器往试管里压气,相当于潜水艇通过压缩空气排出水箱中的水,以此模拟潜水艇的浮沉过程。

实验结论:潜水艇可以通过改变自身的重力实现上浮和下沉。

7.自制简易密度计

实验器材:玻璃管(圆木棍或铅笔)、细金属丝、较深的盛水容器、不同密度的液体。

实验过程:把玻璃管下端用蜡封住,并在最下端缠上一段金属丝,使玻璃管能竖直地浮在水中。如果没有玻璃管,可以用圆木棍或者铅笔代替,通过在最下端固定一个小金属物体使其竖直漂浮在水中。静止时,在玻璃管(圆木棍或铅笔)上用记号笔标出水面的位置,这就是水的密度刻度。换用其他密度的液体,用上述方法在玻璃管(圆木棍或铅笔)上标出相应的密度刻度。

实验结论:验证了密度计原理。

8.水球的“泳姿”

实验器材:透明玻璃杯、小气球、冷水、热水、细绳。

实验过程:将小气球灌上水,用细绳系紧。把“水球”放在冷水杯子里,“水球”浮在冷水里。把“水球”放在热水杯子里,“水球”沉在水底。

实验结论:冷水和热水的密度不同,冷水的密度比热水的密度大,所以水球在热水中会下沉,在冷水里会浮起来。

图5-2-6

9.水中悬蛋

实验器材:玻璃杯、水、食盐、蓝墨水、筷子、鸡蛋。

实验过程:

(1)在玻璃杯里放三分之一的水,加上食盐,直至不能溶化为止。

(2)用另一个杯子盛满清水,滴入一两滴蓝墨水,把水染蓝。

(3)取一根筷子,沿着筷子,小心地把杯中的蓝色水慢慢倒入玻璃杯中。

(4)玻璃杯里下部为无色的浓盐水,上部是蓝色的清水。

(5)动作轻而慢地把一个鸡蛋放入水里,它沉入蓝色清水里,却浮在无色的盐水上,悬停在两层水的分界处。

实验结论:生鸡蛋的密度比水的大,所以会下沉,比盐水的密度小,所以会漂浮。

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