“阿基米德原理適用于氣體”的實驗研究

吳文建+許新勝

【摘要】阿基米德原理最初指的是浸在液體中的物體所受浮力的大小與液體的密度、物體排開液體體積的定量關系。對于浸在空氣中的物體所受浮力的大小，初中物理教科書只說阿基米德原理也適用于氣體，但未進行實驗驗證。本文通過實驗，測得浸在空氣中的物體所受浮力的大小，來驗證阿基米德原理是否也適用于氣體。

【關鍵詞】阿基米德原理 氣體 杠桿原理

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）38-0163-01

現行人教版初中物理教科書在八年級下冊第十章第2節“阿基米德原理”中，通過實驗得出結論：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力。這就是著名的阿基米德原理。然后，教科書在旁邊做一說明：阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體。善于思考的學生在學到這一處時可能會想：物理學中的很多結論是從大量的實驗事實中總結出來的，那么對于阿基米德原理也適用于氣體的情況，能否通過實驗來探究或驗證呢？筆者通過研究并結合第十二章的杠桿原理，發現阿基米德原理是否適用于氣體的情況可以通過實驗來驗證。

1.實驗測量

實驗過程如下：

⑴如圖1所示，在已經水平平衡的杠桿左側掛排球、氣球和氣針（氣針已扎在氣球上），放在刻度線20cm（即力臂L1=20.0cm=0.200m）處，在杠桿右側掛鉤碼，移動鉤碼所在的位置，直至杠桿水平平衡，此時鉤碼所掛處的刻度為22.1cm（即力臂L2=22.1cm=0.221m）；

⑵將氣針插入排球氣孔中，排球中的部分氣體充入進了氣球中，氣球體積隨之變大，排開空氣的體積也隨之變大，氣球在空氣中所受的浮力將變大，我們很明顯地能看到杠桿不再平衡，左側升高，右側下降；

⑶移動鉤碼的位置，直至杠桿再次水平平衡；

⑷測得此時鉤碼對杠桿拉力的力臂L2′=21.8cm，氣球的直徑約為：d=19.0cm。用托盤天平測得右側鉤碼和掛繩的總質量m2=299.4g=0.2994kg，如圖2所示。

2.數據分析

3.總結

阿基米德原理是初中物理所學的一個重要知識點，在教學中我們先是通過實驗，探究浸在液體中的物體所受浮力與排開液體所受重力的關系，然后在教學中可以根據浮力產生的原因以及公式p=ρgh和F=P·S從理論上推導出阿基米德原理。現在我們通過實驗驗證了阿基米德原理也適用于氣體。因此，對于阿基米德原理，可以表述為：浸在流體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力。

參考文獻：

[1]人民教育出版社課程教材研究所.義務教育教科書物理八年級下冊[M].北京：人民教育出版社，2012，10.

作者簡介：

吳文建（1984—），男，安徽人，中學二級教師，主要從事中學物理教學工作。

許新勝（1975—），男，安徽人，大學教授、博士生導師，主要從事大學物理教學和分子與原子物理科研工作。endprint