專(zhuān)利名稱(chēng)：多用流體壓力演示浮沉子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)用儀器，尤其是一種多用流體壓力演示浮沉子。
目前小學(xué)自然和中學(xué)物理課教學(xué)中所用的流體壓力教學(xué)演示教具較難直觀(guān)的驗(yàn)證與流體壓力相關(guān)定律及數(shù)據(jù)，往往只給出幾種現(xiàn)象，通過(guò)相關(guān)的公式多次演算，間接地證明某些定律和相關(guān)數(shù)據(jù)，如流體壓力演示中阿基米德定律和帕斯卡定律，老師講解半天，而學(xué)生由于缺少感性認(rèn)識(shí)，往往理解不了，激發(fā)不了學(xué)生的求知興趣。
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用簡(jiǎn)單的加壓裝置和可密封容器就可直接證明流體壓力的相關(guān)定律和相關(guān)數(shù)據(jù)，并較易演示流體壓力定律的多用流體壓力演示浮沉子。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)一透明質(zhì)中空柱形體，柱形體上端設(shè)有一密封蓋，柱形體下端固接一橡塑薄膜底，柱形腔體內(nèi)裝有色液，柱形體底部至頂部設(shè)有刻度。
所說(shuō)的柱形體以啞鈴體為佳，即兩端部膨出，中間為細(xì)長(zhǎng)頸。
所說(shuō)的密封蓋與柱形體結(jié)合部位增設(shè)有密封圈。
所說(shuō)的密封蓋也可與柱形體設(shè)計(jì)成一成體。
所說(shuō)的柱形體下部設(shè)有環(huán)形凹槽或凸起。
所說(shuō)的柱形體上設(shè)有的刻度可為柱形體腔容積刻度，或是柱形體體積刻度，也可以是壓強(qiáng)與柱形體腔變化比值刻度，還可以是三排分別為上述三種刻度。
本實(shí)用新型根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c可加壓的不同密封容器組合成多用流體壓力定律驗(yàn)證演示裝置，如驗(yàn)證阿基米德定律，其裝置如


圖1所示，有圓柱形透明質(zhì)容器1，容器上蓋2上的通孔3與輸氣管4一端相連，輸氣管另一端與輸氣加壓裝置6相連，將多用流體壓力演示浮沉子6置于盛有液體容器中這時(shí)它在豎直方向上承受重力G和浮力F浮，由平衡力原理可知，F(xiàn)浮=G，而G=mg，式中m為浮沉子的設(shè)計(jì)質(zhì)量，g為重力加速度，由阿基米德定律F浮=ρ液gV排，ρ液為容器中所裝液體的密度，V排等于浮沉子浸入液體中的體積，設(shè)計(jì)時(shí)可測(cè)出，也可以從浮沉子外部刻度直接讀出。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)把容器中壓強(qiáng)增大時(shí)，浮標(biāo)底部橡皮膜向上凸度增大，浮沉子內(nèi)有色液體上升，其升高的體積為V增，浮沉子自身重量因橡皮上凸，裝入下部的液體增多而增大(這里所說(shuō)浮標(biāo)重量含薄膜上凸后載面以上液體)。浮沉子增加的重量G增=ρ液gV增，當(dāng)浮沉子自身重量增大時(shí)，它浸入液體中的體積增加，由平衡力原理可知，它受到的浮力增大，增加的浮力用F浮增表示，此時(shí)浮沉子自身總重量G總=G+G增。浮沉子受到的總浮力F浮總=F浮+F浮增，由平衡力原理知G總=F浮總，又因G=F浮，所以，G增=F浮增，又因?yàn)镚增=ρ液V增g，F(xiàn)浮總=ρ液gV排增，所以V增=V排增，只要在實(shí)驗(yàn)中能測(cè)出V增等于V排增，即可證明浸在液體中的物體受到液體對(duì)它的浮力變化量等于物體排開(kāi)液體重量的變化量。從而達(dá)到驗(yàn)證阿基米德定律的目的。而利用此套裝置中的浮沉子，能從實(shí)驗(yàn)中直接讀出V排增和V增的值。
驗(yàn)證帕斯卡定律(實(shí)驗(yàn)裝置如圖2)，將三個(gè)底部連通可密封容器A、B、C做成一個(gè)連通容器，在容器A中放入浮沉子6，并在連通器中裝入一定量的水或其它液體，A容器中液體不宜裝滿(mǎn)，在A(yíng)容器的口上蓋上帶有橡膠管，并與洗爾球相連的蓋，蓋上還設(shè)有顯示壓力的指示器8，在B、C容器上塞帶有玻璃管的橡膠塞7(玻璃管下口應(yīng)浸入水中)，當(dāng)壓縮氣囊時(shí)(即加壓裝置5)，其它兩個(gè)容器口上的玻璃管內(nèi)水柱上升，且升高的高度相等，浮沉子內(nèi)空氣體積壓縮浮標(biāo)內(nèi)有色液柱上升，浮沉子浸入水中體積增加。從實(shí)驗(yàn)中可以看到容器中液體和氣體能把外力加在它上面的壓強(qiáng)大小不變地向各個(gè)方向傳遞。
氣體的壓強(qiáng)與體積的關(guān)系實(shí)驗(yàn)。如圖3，加壓裝置5即氣囊內(nèi)容氣與容器1上部空氣形成一個(gè)整體，為觀(guān)察氣壓方便，上蓋上還設(shè)有顯示壓力的指示器8，當(dāng)用力壓縮氣囊時(shí)，囊內(nèi)一部分空氣通過(guò)輸氣管4與上蓋2上的通氣孔3流入容器上部，整個(gè)封閉系統(tǒng)內(nèi)空氣體積減小，壓強(qiáng)增大，這壓強(qiáng)被水傳遞到浮沉子，使浮沉子內(nèi)空氣體積減小，壓強(qiáng)增大，在不計(jì)橡皮膜彈性力的條件下，這壓強(qiáng)就等于ρ液g，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行分析歸納可以得出一定量的氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓力增大，體積增大，壓力減小，壓力與體積成反比從而得到驗(yàn)證，這就是波義耳定律。
如圖3，對(duì)容器內(nèi)液體加熱，使浮沉子浮沉升降，對(duì)液體進(jìn)行攪拌，使其達(dá)到熱均勻，用溫度計(jì)測(cè)出液體在不同時(shí)刻的穩(wěn)定溫度，調(diào)節(jié)洗爾球，使加在浮沉子內(nèi)的壓強(qiáng)不變，從浮沉子內(nèi)上部空氣體積的變化關(guān)系可以得出一定量氣體，在壓力保持不變時(shí)，它的體積與熱力學(xué)溫度成正比，從而驗(yàn)證蓋、呂薩克定律。
同樣如圖3中容器內(nèi)液體加熱，待浮沉子內(nèi)的物質(zhì)達(dá)到熱平衡時(shí)，調(diào)節(jié)氣囊壓力，使浮沉子內(nèi)上部空氣體積不變，測(cè)出多次達(dá)到不同的熱平衡時(shí)，容器中液柱壓強(qiáng)ρ液g值，并進(jìn)行分析歸納可以得出一定量氣體，在體積保持不變時(shí)，它的壓力與熱力學(xué)溫度成正比，從而驗(yàn)證查理定律。
利用這套設(shè)備還能演示用于小學(xué)自然中“空氣占據(jù)空間”，“壓縮空氣”，“大氣壓力”，“水的浮力”，“浮沉的秘密”，“壺嘴高度的秘密”等實(shí)驗(yàn)和中學(xué)物理中“液體對(duì)壓強(qiáng)的傳遞”，液壓機(jī)、液體內(nèi)部的壓強(qiáng)、虹吸現(xiàn)象等。
從上述情況可知，本實(shí)用新型的目的是可以實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)實(shí)際教學(xué)應(yīng)用效果很好，在演示實(shí)驗(yàn)中可直接讀出浮沉子受到液體的浮力的變化量，還可直接讀出浮沉子內(nèi)上部空氣的體積和壓力，從而解決教學(xué)難度較大，學(xué)生不易理解和掌握的流體壓力知識(shí)問(wèn)題，也為直觀(guān)地驗(yàn)證阿基米德定律、帕斯卡定律等提供了新的驗(yàn)證方法。
圖4為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示圖。
下面根據(jù)附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖4所示設(shè)計(jì)一透明質(zhì)中空柱形體6，本實(shí)施例選用啞鈴體，啞鈴體上端設(shè)有一密封蓋9，當(dāng)然密封蓋也可與啞鈴體設(shè)計(jì)成一體，本實(shí)施例選用前者，為保證密封度，本實(shí)施例在啞鈴體與密封蓋間增設(shè)一密封圈，啞鈴體腔內(nèi)裝有有色液體11，液體可以是蘭色、黑色、綠色、紅色等任何一種，本實(shí)施例選用紅色，有色液體量以在常溫常壓下裝至啞鈴體下腔上端為佳，考慮到演示實(shí)驗(yàn)的靈敏度，啞鈴體的中間頸部10腔截面積不宜過(guò)大，一般為啞鈴體端部腔體的1/20-30，本實(shí)施例選用1/25，啞鈴體中間頸部容積一般為一端腔體體積的1/8-14為佳，本實(shí)施例選用1/10。啞鈴體的大小根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定，一般選用端部直徑為20-25mm，長(zhǎng)為30-35mm的圓柱腔，頸部直徑為10-14mm，長(zhǎng)為38-42mm為佳。本實(shí)施例選用端部直徑為20mm，長(zhǎng)32mm，頸部直徑為12mm，長(zhǎng)40mm的啞鈴體，啞鈴體上設(shè)有表示腔體容積、啞鈴體體積及腔內(nèi)氣體壓強(qiáng)的任一種或幾種刻度13，本實(shí)施例設(shè)有三排刻度，分別為有啞鈴體腔容積、啞鈴體體積和壓強(qiáng)刻度，啞鈴下端固接一橡塑薄膜底12，為二者連接方便，啞鈴體下部設(shè)有環(huán)狀凹槽14，或環(huán)狀凸起或不連續(xù)環(huán)狀凸起，本實(shí)施例選用環(huán)狀凹槽。啞鈴體及蓋的抗壓強(qiáng)度較高，密度大于液體。使整個(gè)啞鈴體內(nèi)腔是一個(gè)密封體，所說(shuō)的啞鈴體與橡塑薄膜固接可以是粘接、扎接、或套接，也可將橡塑薄膜通過(guò)帶螺紋的環(huán)狀體與啞鈴體下部設(shè)有的螺紋旋轉(zhuǎn)，使二者固接，本實(shí)施例選用粘接，橡塑薄膜一般選用彈性大、變形易的氣球壁為佳。
權(quán)利要求1.一種多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于設(shè)一透明質(zhì)中空柱形體(6)，柱形體上端設(shè)有一密封蓋(9)，柱形體下端固接一橡塑薄膜底(12)，柱形腔體內(nèi)裝有色液(11)，柱形體底部至頂部設(shè)有刻度(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的柱形體為啞鈴形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的密封蓋與柱形體結(jié)合部位增設(shè)有密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的密封蓋與柱形體設(shè)計(jì)成一成體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的柱形體上設(shè)有的刻度為柱形腔容積刻度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的柱形體上設(shè)有的刻度為柱形體體積刻度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的柱形體上設(shè)有的刻度為壓強(qiáng)與柱形腔變化比值刻度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于所說(shuō)的柱形體上設(shè)有的刻度是三排分別為柱形腔容積刻度、柱形體體積刻度和壓強(qiáng)與柱形體腔變化比值刻度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于柱形體下部設(shè)有環(huán)狀凹槽(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用流體壓力演示浮沉子，其特征在于柱形體下部設(shè)有點(diǎn)狀凸起。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多用流體壓力演示浮沉子,其特征在于:設(shè)一透明質(zhì)中空柱形體,柱形體上端設(shè)有一密封蓋,柱形體下端固接一橡塑薄膜底,柱形腔體內(nèi)裝有色液,柱形體底部至頂部設(shè)有刻度,本實(shí)用新型可直接證明流體壓力的相關(guān)定律和相關(guān)數(shù)據(jù),并較易演示流體壓力定律的多用流體壓力演示浮沉子。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2445393SQ00244648
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期2000年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者馮齊全 申請(qǐng)人:馮齊全