用彈簧秤巧示阿基米德定律

1 問題的提出

阿基米德定律是初中物理教學難點、重點，教材中所示方法并不直觀，演示步驟多，學生思維跨度大，不利于學生理解接受。筆者依據浮力的原理，設計了新的實驗裝置，采用簡單直觀的方法，效果良好，介紹如下。

2 理論依據與設計思想

其理論依據是

（1）牛頓第三定律——作用力與反作用力。將浮力轉化為對液體的壓力，比較浮體對液體的壓力與排開液體的重量大小。

（2）阿基米德定律——浮力大小與排開液體重量大小的等值性。

實驗演示應體現簡單、直觀、生動，定律本質上是比較“浮力大小（等于浮體對液體的壓力）”和“排開液體的重量大小”，演示時應盡可能將二量直觀體現出來，并形象地比較結果，這樣能大大幫助學生理解。

在實驗中將阿基米德定律中“浮力大小”與“排開液體重量大小”比較轉化液體受到的壓力與浮體排開液體的重量大小的比較。同時二量的比較是動態的和實時的。

3 實驗方法

（1）器材與設計如圖1：

（2）操作方法

（1）按圖1裝置連接，由于彈簧秤反應靈敏，溢水杯質量應嚴格相等，因此，圓柱體、溢水杯、乳膠管、玻璃管應事先作好浸水處理以防排水時吸附水影響彈簧狀態，操作時可在盛滿水的溢水杯中加水，使水從溢水杯中通過乳膠管及玻璃管溢出，使水路作好浸水鋪墊。

（2）如圖1所示，取密度小于水的物體（如木塊），直接緩慢放入溢水杯中，水從溢水杯中溢出進入小燒杯中，靜置后，彈簧指針的位置沒有變化，說明木塊受到的浮力（與木塊對水的壓力是一對作用力和反作用力）與排開水的重量是相等的，由此驗證阿基米德定律。

（3）取密度大于水的圓柱體，按圖2所示懸掛并調節鐵架臺橫桿的高度，圓柱體受到的浮力與圓柱體對水的壓力為一對作用力與反作用力，浮力大小可通過圓柱體對液體的壓力來顯示，此時被排開的水從溢水杯中溢出進入小燒杯中，靜置后彈簧秤指針位置不變，由此說明圓柱體所受浮力大小與排開的液體的重量大小是相等的。

（4）調整圓柱體系掛在鐵架臺橫桿上的高度，改變圓柱體浸入水中的深度，浮力大小改變，橡皮筋伸長量亦隨之變化，排開水的重量大小亦隨之改變，彈簧秤指針位置仍然保持不變。

4 小結

設計方法簡單、直觀、生動，溢水杯中液體上面受到的壓力增大多少，溢水杯內排開的溢水重量就會增加多少，令人耳目一新，有利于推廣。同時取材方便，使用的全部是實驗室的常規儀器，操作可做到一步到位。“浮力大小”與“排開液體重量大小”可作同時、動態比較，一目了然。比較結果直接通過彈簧秤指針位置來說明，無需象教材那樣用彈簧秤秤來秤去，然后再去定量比較，作出結論。

(欄目編輯王柏廬)

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