[其他]浮力分析仪

说明书

本实用新型是供中学物理教学用的，属于流体静力学领域的一种分析浮力的仪器。

公知的中学物理关于“浮力产生的原因”总是用一张挂图进行教学（初级中学课本《物理》第一册，人民教育出版社1982年2月第1版。P135。图6－2），从来没有提供过实验装置的设计图样。学生缺乏直观印象，知识学得不透。有的学校曾介绍过这样一种实验：将一个底面十分平整的蜡块放置在一个平底容器中，由于两平面贴合紧密，注入水后，比重较小的蜡块也不上浮，因而得结论：“蜡块底面因无液压而没有浮力”，其实是紧密贴合的两面间既无液压，也无气压，液面上的大气压得不到平衡，它倒是使蜡块不能上浮的更为主要的原因。因此，蜡块实验是不能确切证实产生浮力的原因的。

本实用新型的目的在于提供一种实验装置能确切证实产生浮力的原因。

本实用新型是由一个中间底部带空气室（5）的盛水容器（2）和一个中部带通气管（12）。刻度尺（11）的空心浮子（13）两部分组成。（图1、图2）

实验时，将空心浮子（13）对正放置在盛水容器（2）的空气室（5）上。空心浮子（13）的底部和空气室（5）的顶部都经过精密研磨，两平面能紧密贴合，不透气、不漏水，从加水槽（7）向盛水容器（2）中注入清水，水面不论涨至任何高度，空心浮子（13）始终紧盖住空气室（5）不会上浮，由于空气室（5）通过通气管（12）与水面上的大气相通，其中又无液体，这就证实了空心浮子（13）的底面纯粹是因无液压而无浮力。

然后再从加水槽（6）注入有颜色的水（用色水的目的是使对比清晰便于观察），色水将通过连通管（4）进入空气室（5）。当空气室（5）水满后，如果再缓慢地滴入色水，将会看到空气室（5）中的色水沿通气管（12）上升。此时的通气管（12）与刻度尺（11）已联合组成为一个压强计，管中色水高度，即示空心浮子（13）的底部所受色水的压强P_底，单位是厘米水柱。

管中色水继续上升，浮力逐渐增大，当管中色水上升到浮力等于浮子重量时，在此瞬间，浮子处于不稳平衡状态，注意读取此时刻浮子底面所受压强P_底，它必定等于浮子顶面所受压强P_顶跟浮子重量产生的压强P_重之和，即：P_底＝P_顶＋P_重或： P_底－P_顶＝P_重。实验事实证明了：浮力产生的压强等于浮子下、上两底的压强差，由于浮子上下两底的面积相等，都是100厘米²，此实验也证实了：浮子所受浮力等于浮子下上两底的压力差。

不稳平衡瞬间过后，由于气室中的色水已与容器中的清水连通，较大的清水压强使得浮力大于浮子重量，平衡被打破，浮子加速上升。冲向水面。

浮子冒出水面后，浮力逐渐减小，最后达浮力等于浮子重量时，浮子处于稳定平衡状态，静止地浮于水面。从压强计的读数可知，此时的浮力产生的压强P_浮，等于浮子重力产生的压强P_重（P_浮＝P_重）也就证明了：浮于液面的物体，必定是浮力F_浮等于物体的重量G（F_浮＝G）。

空心浮子（13）的顶面后侧两角处各有一个加水孔（16），可用大号注射器对孔内加水或减水，使得浮子的比重能在0.4——1.2克／厘米³之间任意改变。浮子比重调好后，再用两个小橡皮塞将两加水孔堵住，使浮子空腔被密封（橡皮塞没有在附图中画出）。用任何比重的浮子来做上述的实验都能得到相同的定性和定量关系，只是在做定量实验时，浮子比重应在0.8克／厘米³以上，使得气室内外液体的压强差不大于2厘米水柱，读数才较准确。

浮力分析仪不仅能做上述这些特定的浮力实验，还可配备弹簧秤重锤等附件来做一些常规的实验。例如：验证阿基米德定律、测固体或液体的比重、观察悬浮现象、说明物体浮沉条件等。总之，它能验证和分析所有的有关浮力的问题。

本实用新型的空心浮子（13）的底部加一块适当厚度的厚玻璃（14）为浮子配重，使它在空腔时的重量为400克；底部加厚玻璃的另一目的是降低浮子的重心，使它能平正地浮于水面。

本实用新型的空心浮子（13）中部的通气管（12）的内径为0.6厘米，才能使毛细现象的影响减小到可以忽略的程度。