自制動態(tài)式阿基米德原理演示器

劉既明

(永新縣象形中學 江西 吉安 343404)

王永根

(永新縣永安中學 江西 吉安 343400)

1 儀器裝置圖

如圖1所示.

圖1

2 設(shè)計理念

用現(xiàn)有的阿基米德原理演示器探究“阿基米德原理”，要進行4次實驗和2次計算，這樣誤時費力,而且只是對阿基米德原理終端的、靜態(tài)的說明，學生對它缺乏過程性的動態(tài)感受.為此，特設(shè)計該動態(tài)式阿基米德原理演示器.

用該演示器探究實驗時，在溢水杯中裝滿水，左邊沉體緩慢浸入水的過程中，排開的水逐漸增多，所受浮力逐漸增大，測力計示數(shù)逐漸減小；右邊吊桶所接受的水也逐漸增多，測力計示數(shù)逐漸增大.學生動態(tài)直觀地觀察到兩邊測力計的示數(shù)，其逐漸變化量都同時體現(xiàn)在刻度板上，且始終相等，這就表明浸入液體中的物體所受浮力的大小，等于它所排開的液體所受的重力(阿基米德原理).

當沉體全部浸沒水中后，讓它繼續(xù)緩慢下移，兩邊測力計示數(shù)不變了，這就表明物體所受浮力的大小與它浸沒的深度無關(guān).

3 儀器特點及用途

3.1 特點

(1)能體現(xiàn)實驗全過程的動態(tài)直觀效果，使學生對阿基米德原理有了深刻的過程性感受.

(2)操作簡便，現(xiàn)象明顯.從沉體部分浸入到全部浸沒液體的整個過程中，它所受浮力的大小與排開液體所受重力的大小，都同時體現(xiàn)在刻度板上，便于比較，且只需一次性操作，免去計算環(huán)節(jié)，節(jié)時省力.

(3)結(jié)構(gòu)簡單，材料易得，制作方便.有利于學生自制，體現(xiàn)了從“生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念.

3.2 用途

(1)動態(tài)直觀性探究阿基米德原理.

(2)探究浸沒在液體中物體所受浮力的大小與它浸沒的深度無關(guān).

4 制作材料

約為18 cm×4 cm×1 cm的木條2根，勁度系數(shù)相同的彈簧2根，細鐵絲1根，小鐵皮1塊，直徑0.4 cm 的螺絲2個,體積約100 cm3的藥瓶1個，1.5 dm3營養(yǎng)快線瓶2個，內(nèi)直徑1.4 cm,長18 cm塑料管1根，內(nèi)直徑1 cm,長6 cm塑料管1根，沙子一些，尼龍線一些.

5 制作方法

(1)自制測力計.用2根木條做一個“T”字支架，在橫條兩邊各鉆一個直徑1.4 cm小孔，在小孔上用螺絲固定2根彈簧在橫條的兩邊；在豎條正面的適當位置標上刻度，把長18 cm塑料管固定在豎條背面；用細鐵絲做2根兩端帶鉤的連桿，連桿一端固定在彈簧下方；用小鐵皮做2個指針，并卡在連桿上，制成測力計，如圖2.

圖2

(2)制沉體.在藥瓶里裝入適量沙子，用尼龍線把它拴吊起來，制成一個密度約為1.2×103kg/m3的沉體(沉體密度比水密度稍大).

(3)制吊桶.截取1個營養(yǎng)快線瓶下部分，用尼龍線把它拴吊起來，制成接水吊桶，用來裝接被沉體排開的水.

(4)制溢水杯.截取另1個營養(yǎng)快線瓶圓柱體部分，在其側(cè)壁上方打個直徑1 cm小孔，在小孔中插入長6 cm塑料管，作為長嘴溢水口，制成溢水杯.

(5)將以上制作器材組裝在鐵架臺上如圖1.

6 使用方法

(1)調(diào)零.掛上沉體、吊桶后，將指針調(diào)在“T”字支架豎條的零刻度上.

(2)在溢水杯中裝滿水.

(3)手持“T”字支架，讓其豎條背面的塑料管套在鐵架臺的立柱上，使支架緩慢下移.當沉體在潛入水的過程中，可直觀地觀察到兩邊測力計指針的動態(tài)過程，左邊指針上升(指示浮力大小)，右邊指針下降(指示排開液體的重力大小)，其數(shù)量上始終相等，直觀動態(tài)地探究了阿基米德原理.

(4)在實驗中，可隨時固定“T”字支架，作靜態(tài)觀察.該演示器便于作動、靜態(tài)結(jié)合觀察.

(5)當沉體全部浸沒在水中后，讓沉體繼續(xù)緩慢下移，觀察到兩邊指針示數(shù)不變，得出浮力不變且為最大，探究了浸沒在液體中物體所受浮力的大小與它浸沒的深度無關(guān).