阿基米德定律实验设计

阿基米德定律实验设计【目的和要求】验证阿基米德定律。【仪器和器材】阿基米德定律演示器（J2118型），自制圆柱体（同前），小石块，染色水，煤油，自制的“气体的浮力实验装置”（见参考资料）。【实验方法】1．重做“浮力的大小”一节实验，“圆柱体排开水的体积与浸入水中体积相等”的结论。2．在测力计与圆柱体之间加挂塑料小桶，按图1．41－1分步进行演示，现察圆柱体浸入水中前，浸入一部分（如1/2）、全部浸没和每次浸入后圆柱体排开的水倒入塑料小桶时，测力计上视重的变化，得出圆柱体所受浮力的大小等于圆柱体排开的水重。/3．用自制圆柱体取代塑料圆柱体重做一次，观察测力计视重的变化，再次证明浮力的大小跟圆柱体自身的材料性质无关。4．将水换成煤油，观察圆柱体浸入前、浸没后、和圆柱体排开的煤油倒入塑料小瓶，测力计上视重的变化，得出圆柱体所受浮力的大小跟排开的液体的密度有关；浮力的大小等于圆柱体排开的煤油重，同时引导学生将结论中的“水”改为“液体”。5．用细线系住小石块取代圆柱体，重复做一遍，使结论中的“圆柱体”扩展为任意形状的一般物体。/6．用图1．41－2装置演示物体在气体中所受浮力的大小。调节重物，使杠杆平衡．在烧瓶中放入石灰石，注入盐酸，把发生的二氧化碳气体用橡皮管注入水槽，当水槽内充满二氧化碳气体时，观察密封纸筒受到二氧化碳气体的浮力而浮起，杠杆失去平衡。再把二氧化碳气体注入上面的空心纸桶内，当注满时，杠杆又恢复平衡。说明浸入二氧化碳气体的密封纸桶，受到二氧化碳气体的浮力，浮力的大小等于排开的二氧化碳气体受到的重力。【注意事项】1．实验方法要交代清楚，不要一开始就把全套仪器端出来，先不挂小桶演示，再加挂小桶演示，要指出加挂小桶的意图；要演示圆柱体的体积与塑料小桶的容积相等；要说明溢水杯的作用；要指出浸入体积与排开体积和浮力大小与排开液体（气体）受到的重力之间的数量关系。学生对实验装置、原理、方法、步骤明确了解是本实验收到预期效果的关键，教师必须交代清楚。2．实验层次要分明。如浸入前、底面刚接触液面、浸入一部分、全部浸没、浸没在不同深度、沉到底部，每步都要有明确的观察重点，有意澄清一些错觉，得出准确结论。【参考资料】1．“气体的浮力实验装置”的制作要点：用硬纸做一个空心纸桶（上端开口），一个密封纸筒，空心纸桶的容积要等于密封纸筒的体积（大于1dm3）效果较好。杠杆要选比较灵敏的，重物可根据需要选取。/2．阿基米德定律演示器的自制。测力计的弹簧可以用钢丝密绕成，或用橡皮带（筋）代替，以受力时伸长明显的为好。圆柱体的密度取在1．25×103kg／m3左右为宜，材料可用柏油、水泥、硬橡胶加工。小桶应选用透明塑料瓶改制（容积应与圆柱体体积相等）。也可以直接用透明薄塑料袋作小桶。溢水杯可以用图1．41－3中所示的方法替代：甲为烧杯溢水法，当有物体没入时水即溢出流入水槽中；乙为载瓶溢水法，截取透明塑料瓶的上半截，塞紧橡皮塞，中间插入玻璃弯管，玻璃管的开口低于瓶截面，装水至管口与水面相平，物体浸入水中，物体排开的水从玻璃管溢出；丙为杯口溢水法，大烧杯一边用木块垫起，将水灌满至杯口，物体浸入时水从杯口溢出；丁为抽水法，没有物体浸入时水面在1位置，物体浸入后水面在2位置，用针筒抽水，使水面由2位置降至1位置，针筒的吸水量即为物体浸入时的溢水量。/3．物体在水中所受的浮力等于物体对水的反作用力，实验装置如图1．41－4所示。（1）用弹簧秤称出待测重物所受的重力。（2）将盛水的烧杯放在天平上，然后用砝码调节平衡。（3）将挂在弹簧秤下的待测重物浸没在烧杯的水中，读出此时弹簧秤的示数。这时发现，物体“变轻”了，表明物体在水中受到了浮力的作用。（4）由于重物浸入水中，所以天平失去平衡。当再次用砝码调节天平使天平平衡时发现，需要增加的砝码所受的重力正好等于物体所受到的浮力的大小。【思考题】1．利用你身边的简易器材，设计一个阿基米德定律实验器，画出设计图，指出实验的方法和原理。2．用透明塑料薄膜袋密封带色的水（注意袋内不能有空气）将它挂在橡皮带下，观察橡皮带的伸长；将它慢慢浸没在水平，观察橡皮带伸长的变化，动手做这个实验，解释为什么？3．给你一只量筒，一只弹簧秤，一条细绳和一个石块，怎样去验证阿基米德定律？说明实验的方法和原理。如果所给的器材不够用，你还可以自己增加需要用的器材。编者提示：本小实验可辅以“力学”部分的物理实验教学，以此培养和学生的实验和素养。