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浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程

科學實驗 閲讀(1.72W)
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一、名稱:浮力產生原理演示裝置

二、實驗分析説明

浮力的產生原理在教材中並沒有做要求,但是由於學生學完了浮力的概念、浮沉條件和阿基米德原理等基本知識內容,對浮力的產生的根本原因有很強的好奇心:浮力究竟是怎麼產生的?本實驗裝置專為教師引導學生探討浮力的產生原理而製作,具有操作簡便,現象明顯的優點,能夠直觀展示液體中物體各面所受液體的壓力大小的異同,從而引導學生髮現浮力的根本來源。

三、製作材料與工具

材料:有機玻璃木板、乳膠手套、軟管、泡沫

工具:剪刀、刀子、膠水、刻度尺、手鋸等

四、裝置結構介紹

1、薄膜立方體

薄膜立方體的邊長為8cm,前後兩面為有機玻璃,與4根等長木棍構成立方體的基本框架,上下左右為張緊度相同的彈性薄膜粘貼而成,如圖(1)。用一軟管連通立方體內外,保持內外大氣壓相同。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程

2、木塊立方體

木塊立方體邊長同為8cm,由6塊木板拼接成密封的結構,可以防止水滲入並浮在水面上。

3、特製水槽

特製水槽的規格為27cm×16cm×18cm的無蓋長方體,正面是一塊有機玻璃,其餘四面由木板組合成。內部用2塊板將水槽分隔成內外兩部分,如圖(2)所示,其中內槽底板有一個8cm×8cm方孔與外槽相連通,方孔表面有泡沫來保持立方體底面與方孔氣密性良好。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第2張

五、操作與演示

1、把木塊立方體放在內水槽底板方孔上,向內槽注水,觀察木塊立方體,發現木塊立方體沒有浮起來;

2、往外水槽中注水,發現當外槽的水位達到一定的高度時,木塊立方體上浮了;

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第3張

3、取出木塊立方體並把水倒掉;

4、把薄膜立方體放在內水槽底板方孔上,向內槽注水,觀察薄膜,可以明顯看到左、右和上表面三塊薄膜都在水的壓力作用下向內凸出,其中左右兩面的凸出程度一樣,説明左右兩面所受水的壓力等大反向。而下表面的薄膜則因為沒有受到水的壓力而不發生變化;

5、往外槽注水,觀察薄膜的變化。當外槽的水位與內槽底部齊平時,薄膜的下表面的仍無凹凸形變,説明雖然與水接觸,但下表面仍未受到水的壓力。

6、當外槽水面相對內槽底面的高度等於內槽水面相對立方體上表面的高度時,可以觀察到薄膜立方體的上下表面的凸出程度一樣,上下表面所受水的壓力相同,立方體沒有受到水的浮力。

7、繼續向外水槽注水,下表面薄膜的凸出程度愈來愈大,説明隨着水位升高,下表面所受到的壓力越來越大,並大於上表面所受到的水的壓力,此壓力差即為立方體所受的浮力。如圖(4)

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第4張


附圖:

1、水槽

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第5張

2、木塊立方體與水槽

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第6張

3、薄膜立方體與水槽

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第7張

4、木塊立方體,往內槽注水,木塊不會浮起來

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第8張

5、往外槽注水,木塊仍不會浮起,此時h1=h2。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第9張

6、直到h1>h2,木塊才浮起來。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第10張

7、薄膜立方體。往內槽注水,立方體左、右和上面上各面的薄膜均在水的壓力作用下向內凸出,但下表面沒有變化。左右兩面所受水的壓力大小相同,並略大於上表面所受水的壓力,但下表面沒有水的壓力,此時立方體不受水的浮力作用。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第11張

8、往外槽注水,當水面與立方體下表面接觸時,下表面仍無變化,説明沒有收到水的壓力。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第12張

9、當h1=h2時,上下表面的凸出程度也相同,説明此時立方體上下表面所收水的壓力大小相同,但立方體仍不受水的浮力作用。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第13張

10、繼續注水,可見下表面的薄膜凸出明顯大於上表面,此時立方體受到了水的浮力作用,即為上下表面的壓力差。

浮力產生原理演示裝置的做法圖解教程 第14張