液体浮力产生原因演示器

黄嘉成

(黄石市第七中学高一宏志班,湖北黄石435000)

1 引 言

初中物理课中,对于液体浮力产生的原因,只是抽象地解释为是由于液体对物体上下表面压力差,使学生很难理解和掌握.笔者经过思考和动手做实验,设计制作了简单有趣的“液体浮力产生原因演示器”,进行对比实验,使浮力产生原因这个问题变得通俗易懂.

如果将浮力产生原因直观地表现出来,只需要比较石蜡块下表面没有受到水压力、受到水压力不足和受到水足够大压力这3种情况下的不同结果.

2 实验装置及原理

实验装置如图1所示.实验所需材料如下:

1)2只相同的小烧杯,底部要平,其中小烧杯1不作改动,在小烧杯2的底部挖1个圆孔,然后在2只小烧杯内底面均匀涂上薄薄的一层石蜡,这是为了不与水发生浸润,并且在酒精灯火焰上略烤热使涂层均匀,用布打磨光滑.

2)1只大烧杯,能同时并排容下2只小烧杯.

3)用模型通过融化和凝固的方法制作2块横截面与圆孔面积一致且厚度比较均匀的圆柱体石蜡块,底部要平,大小要适当,要刚好能盖住小烧杯底部的孔(为了能严密盖住孔,石蜡块底部面积可做得比孔面积略微大点).

4)细棒.

用粘合剂或其他方法将2只小烧杯都悬空而且等高地粘连固定在大烧杯的内壁两侧(或利用试管架等物品使2只小烧杯如图1所示悬空放置在大烧杯中).这样液体浮力产生原因演示器就做成了.

图1 演示液体浮力产生原因的实验装置

实验依据的物理原理有:

1)石蜡块的密度比水的密度小,会漂浮在水面上.

2)水与石蜡之间是不浸润的.

3)浮力产生的原因是液体对物体上下表面的压力差.

3 实验步骤

用该演示器做浮力产生原因演示实验的步骤如下:

1)在小烧杯1中注入一定量的水,将石蜡块浸没入水里,松手后石蜡块将上浮到水面,表明石蜡块密度比水的密度小,所以石蜡漂浮.

2)将石蜡块取出,将小烧杯1中水倒掉,烧杯和石蜡都擦干水后,将石蜡块的平整底面朝下轻轻放入烧杯底,用细棒按住沿杯壁或用漏斗缓缓地注入一定深度的水,完全将石蜡块淹没.轻轻移走细棒(这时要注意防止石蜡块移动).会发现,石蜡块居然仍沉没在水底,没有上浮!

3)将另外一个石蜡块的平整底面朝下轻轻覆盖住小烧杯2底部的孔,用细棒将石蜡块轻轻按住,然后也沿杯壁缓缓地向小烧杯2里注入与小烧杯1中相同深度的水,轻轻移走细棒(也要注意防止石蜡块移动).由于石蜡块下面是空的,因而这一石蜡块下表面同样也没有受到水的向上压力,石蜡块同样没有受到浮力,没有漂浮起来.

4)沿着杯壁再向大烧杯慢慢注入水,当水上升到与小烧杯底部接触以后,继续注水.当大烧杯中水面上升到足够高时,小烧杯2里的石蜡块就会向上浮起,但小烧杯1里的石蜡块始终不动,仍然沉在水底,如图2所示.

图2 注入水后的实验装置

通过步骤2～4的现象对比就很容易发现,石蜡块能否浮起,主要看下表面有没有受到水的足够的向上压力.

这样通过实验就直观地演示出了浮力的实质是液体对物体上下表面的压力差.

5)用细棒拨动石蜡块,或把小烧杯端起晃动几下,由于石蜡块下表面浸入水而受到向上的压力,产生压力差.石蜡块受到浮力而上浮,最终漂浮在水面上.

为突出实验现象,可采用以下办法:

1)用红色石蜡块或者在石蜡块上面做醒目标记,以便观察其位置状态.

2)用墨水滴入水中使实验用水变得稍有颜色,或在水面放上几粒小彩色塑料球,以显示水面位置的变化.

[1] 柳荣升.对验证“阿基米德原理”实验的改进[J].物理实验,2006,26(8):30.

[2] 王爱生,佟岩.“显压浮子”实验装置[J].物理实验,2006,26(2):25-26.

[3] 辛贵书.浮力本质的演示装置[J].物理实验,2003,23(4):29.

[4] 陈炳麟.“浮力产生原因”的演示实验教学[J].物理实验,2001,21(10):29.