阿基米德定律的驗證

張萬超

浸在液體里的物體受到向上的浮力,浮力的大小等于物體排開液體的重量,即F=ρ液gV排。這就是著名的“阿基米德定律”。驗證阿基米德定律有許多種方法。利用手頭易得的材料,制作一個簡易天平來做這個實驗,實驗效果非常明顯。

1 材料

廢油筆桿1個,大頭針2枚,鐵絲1段,塑料瓶4個,大螺母1個,棉線少許,5毫升一次性注射器1支,玻璃杯1個,強力膠少許。

2 制法

1)取直徑為1厘米左右,長6厘米的油筆桿一段。垂直油筆桿插入2枚大頭針,并用強力膠將其粘固在筆桿上。使針尖透過筆桿,但不得超過3毫米(如圖1所示)。

2)取一段鐵絲。垂直筆桿鉆一個與鐵絲直徑相同的小孔,并把鐵絲穿入筆桿的孔中。再將鐵絲折成如圖2所示的形狀,并用強力膠將其粘固在筆桿上。這樣一個平衡桿就做好了。

3)取3個直徑約3～4厘米的塑料瓶,在距離瓶底5厘米處將瓶切開,做成3個杯子。一個作接水杯用,另2個在端口處穿上棉線,作吊杯用。

4)溢水杯的制作。另取一個直徑大一點的塑料瓶,在距底部7～8厘米處將塑料瓶切開,留下底部作溢水杯用。把5毫升的注射器兩端各切去一段,再沿軸線方向將注射器剪開,分成兩半。將其中的一半用強力膠粘在溢水杯杯口處。這個溢水杯就制作好了(如圖3中“a”所示)。

5)組裝。把2個吊杯分別系在平衡桿的兩端,并使2個吊杯距支點距離相等。在其中一個吊杯的底部用棉線系上一個大螺母(如圖3中“b”所示),然后將這個裝置放在一個倒置的玻璃杯上(如圖3所示)。

3 用法

1)在左端的吊杯中放入小物塊,使平衡桿水平、平衡。

2)在溢水杯中加入清水,使水剛好不沿溢水杯嘴流出。在溢水嘴處放好接水杯。

3)移動裝置,將螺母放入溢水杯中。這時可觀察到,平衡桿發生傾斜,系螺母一端向上傾斜;同時溢水杯中的水沿溢水嘴流入接水杯中。這說明,右端的螺母浸入水中后受到水對它向上的浮力,使平衡桿上傾,而整個裝置失去平衡。

4)浮力有多大呢?當把從溢水杯中流出的水,即接水杯中接到的水,倒入右邊的吊杯時,可觀察到平衡桿又重新水平、平衡。這說明浮力的大小等于物體所排開的液體的重量,即F=ρ液gv排。

(作者單位:吉林省松原市教育技術裝備處)