阿基米德定律的验证

张万超

浸在液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重量,即F=ρ液gV排。这就是著名的“阿基米德定律”。验证阿基米德定律有许多种方法。利用手头易得的材料,制作一个简易天平来做这个实验,实验效果非常明显。

1 材料

废油笔杆1个,大头针2枚,铁丝1段,塑料瓶4个,大螺母1个,棉线少许,5毫升一次性注射器1支,玻璃杯1个,强力胶少许。

2 制法

1)取直径为1厘米左右,长6厘米的油笔杆一段。垂直油笔杆插入2枚大头针,并用强力胶将其粘固在笔杆上。使针尖透过笔杆,但不得超过3毫米(如图1所示)。

2)取一段铁丝。垂直笔杆钻一个与铁丝直径相同的小孔,并把铁丝穿入笔杆的孔中。再将铁丝折成如图2所示的形状,并用强力胶将其粘固在笔杆上。这样一个平衡杆就做好了。

3)取3个直径约3～4厘米的塑料瓶,在距离瓶底5厘米处将瓶切开,做成3个杯子。一个作接水杯用,另2个在端口处穿上棉线,作吊杯用。

4)溢水杯的制作。另取一个直径大一点的塑料瓶,在距底部7～8厘米处将塑料瓶切开,留下底部作溢水杯用。把5毫升的注射器两端各切去一段,再沿轴线方向将注射器剪开,分成两半。将其中的一半用强力胶粘在溢水杯杯口处。这个溢水杯就制作好了(如图3中“a”所示)。

5)组装。把2个吊杯分别系在平衡杆的两端,并使2个吊杯距支点距离相等。在其中一个吊杯的底部用棉线系上一个大螺母(如图3中“b”所示),然后将这个装置放在一个倒置的玻璃杯上(如图3所示)。

3 用法

1)在左端的吊杯中放入小物块,使平衡杆水平、平衡。

2)在溢水杯中加入清水,使水刚好不沿溢水杯嘴流出。在溢水嘴处放好接水杯。

3)移动装置,将螺母放入溢水杯中。这时可观察到,平衡杆发生倾斜,系螺母一端向上倾斜;同时溢水杯中的水沿溢水嘴流入接水杯中。这说明,右端的螺母浸入水中后受到水对它向上的浮力,使平衡杆上倾,而整个装置失去平衡。

4)浮力有多大呢?当把从溢水杯中流出的水,即接水杯中接到的水,倒入右边的吊杯时,可观察到平衡杆又重新水平、平衡。这说明浮力的大小等于物体所排开的液体的重量,即F=ρ液gv排。

(作者单位:吉林省松原市教育技术装备处)