本實(shí)用新型涉及一種教具。更具體地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種用在物理課上驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具。

背景技術(shù)：

阿基米德原理又叫阿基米德定律，即：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力。它是由古希臘學(xué)者阿基米德所發(fā)現(xiàn)的，因此被命名為阿基米德原理。該原理不僅適用于液體，也適用于氣體。浮力的大小用計(jì)算公式表示，即F_浮＝G_排＝ρ_液(氣)gV_排。它是力學(xué)中的基本原理之一，也是中學(xué)物理課程中的重要內(nèi)容。

在中學(xué)課程中教師向?qū)W生教授該原理時(shí)，應(yīng)該配合簡(jiǎn)單的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)以使學(xué)生能更直觀深刻地體會(huì)?，F(xiàn)有的阿基米德原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，通常都包括兩個(gè)彈簧秤和溢水裝置和接水裝置，如圖1所示，包括第一彈簧秤6，其下連接重物3，重物下方有溢水裝置4，第二彈簧秤5下連接水桶7，實(shí)驗(yàn)時(shí)，分別記錄第一彈簧秤6和第二彈簧秤5的的初始讀數(shù)F₁和F₂，將溢水杯4升高使重物3浸入水中，水位上升溢流入水桶7中，記錄第一彈簧秤6和第二彈簧秤5的讀數(shù)F₃和F₄，計(jì)算F_浮＝F₁-F₃，G_排＝F₄-F₂，而得出F_浮＝G_排，從而驗(yàn)證了阿基米德原理。該實(shí)驗(yàn)雖然能直觀地展現(xiàn)阿基米德原理，但因?yàn)橐褂脙蓚€(gè)彈簧秤、溢流裝置和承接水的容器，實(shí)驗(yàn)器具多，操作復(fù)雜，步驟繁瑣，浪費(fèi)時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)用新型還有一個(gè)目的是提供一種驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具，其能夠直觀簡(jiǎn)單地展示出阿基米德原理。

本實(shí)用新型還有一個(gè)目的是通過(guò)驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的使用方法，使學(xué)生能夠直觀地體會(huì)影響阿基米德原理的因素，并通過(guò)此試驗(yàn)方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證各因素對(duì)浮力的影響效果。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本實(shí)用新型的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具，包括：容器，所述容器為圓柱形，其上設(shè)有容量刻度標(biāo)記；浮球，所述浮球包括尾桿、外殼和內(nèi)芯，所述外殼采用聚乙烯塑料制成，形狀為球形，所述內(nèi)芯為不銹鋼球，所述浮球數(shù)量1-5個(gè)，分別第一浮球、第二浮球、……第五浮球，所述浮球質(zhì)量已知且各不相同；浮杯，所述浮杯采用聚乙烯塑料制成，其上含有一個(gè)立桿。

優(yōu)選的是，其中，所述容器橫截面內(nèi)半徑應(yīng)為4-4.5cm，最大容量為100-500ml，最小刻度為10ml，所述浮球半徑為3cm，質(zhì)量分別為m₁＝20g、m₂＝40g、m₃＝60g、m₄＝80g和m₅＝100g。

優(yōu)選的是，其中，所述容器采用透明樹脂制造，容器壁透明，容器刻度采用有色顏料標(biāo)記。

優(yōu)選的是，其中，所述浮球壁厚3-5mm，尾桿3-7cm。

優(yōu)選的是，其中，所述浮球?yàn)椴噬?，表面光滑?/p>

優(yōu)選的是，其中，所述浮球外殼上采用模壓方法標(biāo)記浮球的總質(zhì)量。

優(yōu)選的是，其中，所述浮杯為圓柱形空心杯，杯底中心有一立桿，長(zhǎng)約5-7cm。

本實(shí)用新型至少包括以下有益效果：由于采用已知質(zhì)量的浮球投入水中保持漂浮狀態(tài)，因此能夠確定浮球的所受到的浮力即等于其自身重力；由于容器設(shè)有容積刻度，因此能夠通過(guò)刻度讀數(shù)計(jì)算差值從而直接確定其中的物體所排開的液體的體積，從而直接計(jì)算浸入液體中的物體排開的液體的重力；由于浮杯上設(shè)有立桿，因此可以方便用手按壓浮杯或取放浮杯；由于浮球?yàn)榫垡蚁┧芰现瞥傻那蛐危野ú讳P鋼內(nèi)芯以及尾桿，因此能夠使浮球能夠浸入水中一定的深度，還能漂浮在水上，而尾桿能方便浮球的取放；由于容器的容量、橫截面內(nèi)半徑和最小刻度以及浮球的半徑和質(zhì)量，因此能夠使浮球能夠投入到容器內(nèi)漂浮在水中，且四周具有合適的自由空隙，浮球的質(zhì)量 不同導(dǎo)致所排開水的體積也不同；由于采用透明樹脂制造容器，且其上刻度采用有色顏料標(biāo)記，因此能夠使容器壁透明而刻度明顯，有益于實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行觀察，而樹脂材料可以避免容器輕易破碎；由于所述浮球壁厚3-5mm，尾桿3-7cm，因此能夠保證浮球具有一定的強(qiáng)度和耐磨性，不易損壞，而尾桿的長(zhǎng)度方便實(shí)驗(yàn)者取放浮球；由于所述浮球?yàn)椴噬砻婀饣?，因此方便?shí)驗(yàn)者觀察實(shí)驗(yàn)，且將浮球取出水面時(shí)不易在其表面殘留水珠；由于所述浮球外殼上采用模壓方法標(biāo)記浮球的總質(zhì)量，因此浮球質(zhì)量標(biāo)記清洗耐磨不易去除；由于所述浮杯為圓柱形空心杯，杯底中心有一立桿，長(zhǎng)約5-7cm，因此能夠加載重量后仍漂浮在水中，且立桿方便實(shí)驗(yàn)者取放浮杯。

本實(shí)用新型的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本實(shí)用新型的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)器具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的使用示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的浮球示意圖和截面圖；

圖4為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的的浮杯示意圖和截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

圖2-圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的一種實(shí)現(xiàn)形式，其中包括：容器1，所述容器1為圓柱形，其上設(shè)有容量刻度標(biāo)記，該構(gòu)件的作用是容納液體并直接讀取體積刻度；浮球2，所述浮球2包括尾桿21、外殼22和內(nèi)芯23， 所述外殼22采用聚乙烯塑料制成，形狀為球形，所述內(nèi)芯23為不銹鋼球，所述浮球2數(shù)量1-5個(gè)，分別為第一浮球、第二浮球、Z第五浮球，所述各浮球質(zhì)量已知且各不相同，該構(gòu)件的作用是提供不同質(zhì)量的浮球2浸入到液體中并保持漂浮狀態(tài)，尾桿21能方便浮球的取放；浮杯3，所述浮杯3采用聚乙烯塑料制成，其上含有一個(gè)立桿31，該構(gòu)件的作用是能夠獨(dú)自漂浮在液體上或者承載一定的重量后仍漂浮在液體上，且立桿31能夠方便浮杯3的取放和按壓使用。

并且，所述容器、浮球和浮杯包括多種實(shí)現(xiàn)形式，例如所述容器可以采用玻璃燒杯、量筒或量杯所代替；所述浮球可以采用一次性模壓成型的，也可以采用兩個(gè)半球通過(guò)螺紋或卡扣對(duì)接的形式，其內(nèi)部的不銹鋼球心可以采用內(nèi)嵌的方法，也可以采用在浮球外殼外面鉤墜的方式代替，浮球的尾桿可以采用長(zhǎng)桿形式也可以采用環(huán)耳的方式，使用時(shí)配合長(zhǎng)鉤取放即可；所述浮杯的立桿可以和浮杯本身一次成型，也可以通過(guò)螺紋連接等方式代替。

在這種技術(shù)方案中，將容器內(nèi)注入某種已知密度為ρ的液體，記錄初始體積V₀，加入已知質(zhì)量的浮球，浮球能夠漂浮在液體之上，因此其所受到的浮力F_浮即等于其自身重力G_球，且加入浮球后可直接讀取液體體積為V，其排開的體積V_排可以從容器1刻度讀數(shù)差上計(jì)算而知即V-V₀，所以G_排＝ρgV_排，通過(guò)比較即可驗(yàn)證F_浮＝G_球＝G_排，即F_浮＝G_排，即阿基米德原理：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力。。

在另一種實(shí)例中，所述容器橫截面內(nèi)半徑應(yīng)為4-4.5cm，最大容量為100-500ml，最小刻度為10ml，所述浮球半徑為3cm，質(zhì)量分別為m₁＝20g、m₂＝40g、m₃＝60g、m₄＝80g和m₅＝100g。采用這種方案具有實(shí)驗(yàn)器具小巧易攜帶，且數(shù)據(jù)設(shè)置合理，方便實(shí)驗(yàn)觀察。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。在實(shí)施本實(shí)用新型時(shí)，可以根據(jù)使用者需求的實(shí)施態(tài)樣。

上述方案中的所述容器采用透明樹脂制造，容器壁透明，容器刻度采用有色顏料標(biāo)記。采用這種方案，能夠保證容器結(jié)實(shí)耐用不易破碎，且容器透明刻度清晰，方便實(shí)驗(yàn)者觀察結(jié)果。

上述方案中的所述浮球壁厚3-5mm，尾桿3-7cm。采用這種方案可以保證浮球有足夠的強(qiáng)度，而且方便取放。

上述方案中的所述浮球?yàn)椴噬?，表面光滑。采用這種方案可以方便觀察，而且浮球表面不易附帶液珠，減少液體損耗，縮短補(bǔ)充液體的時(shí)間，方便浮球的清洗。

上述方案中的所述浮球外殼上采用模壓方法標(biāo)記浮球的總質(zhì)量。采用這種方案，能夠使浮球的總質(zhì)量標(biāo)記清晰耐久不易磨損消失。

上述方案中的所述浮杯為圓柱形空心杯，杯底中心有一立桿，長(zhǎng)約5-7cm。采用這種方案能夠使浮杯加載重物后仍能漂浮在液體中，且立桿能夠方便浮杯的取放。

本實(shí)用新型所述的驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的使用方法，包括以下步驟：步驟一：室溫下，向所述容器中加入清水，體積約為所述容器最大容量的1/3-1/2，記錄刻度讀數(shù)，即V₀；

步驟二：向所述容器內(nèi)放入所述浮球1，待液面穩(wěn)定，記錄刻度讀數(shù)，即V₁；取出浮球，重新調(diào)整液面到V₀，再放入所述浮球2，待液面穩(wěn)定，記錄刻度讀數(shù)，即V₂；依次分別放入所述浮球3、浮球4和浮球5，待液面穩(wěn)定后分別記錄刻度讀數(shù)，即V₃、V₄和V₅；每次取出浮球時(shí)，均需調(diào)整液面至初始刻度；

步驟三：計(jì)算，以浮球1為例，因?yàn)楦∏蛟谒衅?，因此浮球所受到的浮力等于其自身的重力，即F_浮1＝m₁g，而浮球1所排開的水的體積即為浮球1放入水中前后兩次刻度讀數(shù)的差，即V_排1＝V₁-V₀，因此G_排1＝ρ_水gV_排1，比較F_浮1和G_排1，發(fā)現(xiàn)F_浮1＝G_排1，依次計(jì)算浮球2-浮球5的F_浮和G_排，比較驗(yàn)證F_浮＝G_排，則阿基米德原理得到驗(yàn)證；

步驟四：體會(huì)，將所述浮杯放入容器中，浮杯漂浮，用手向下按壓所述立桿，浮杯浸入的體積增大，液面上升，按壓用力越大，液面上升越高，手所感受到的向上的力越明顯；

步驟五：改變所述容器中液體的密度，重新進(jìn)行步驟1-步驟四的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比同一浮球在不同密度的液體中漂浮時(shí)所排開的體積的差別。

上述方案中，步驟四中，可以向所述浮杯中添加重物或注入液體，觀察添加量的增加導(dǎo)致的液面的變化，所添加的重物可以是石塊、鐵塊或者已知質(zhì)量的砝碼，注入液體可以采用直接連續(xù)傾倒或者分體積傾倒或者用注射器注射等方法。

上述方案中，步驟五中，改變所述容器中的液體的密度，可以采用向液體中加入易溶解且溶解時(shí)放熱少的物質(zhì)如食鹽，也可以直接將液體換成酒精、白醋等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

因?yàn)榄h(huán)境因素，上述實(shí)驗(yàn)方法未設(shè)定重力加速度g變化的場(chǎng)景，但不排除有條件的環(huán)境下進(jìn)行g(shù)對(duì)浮力大小影響的研究實(shí)驗(yàn)。

這里說(shuō)明的設(shè)備數(shù)量和處理規(guī)模是用來(lái)簡(jiǎn)化本實(shí)用新型的說(shuō)明的。對(duì)本實(shí)用新型的驗(yàn)證阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)教具的應(yīng)用、修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見的。

如上所述，根據(jù)本實(shí)用新型，由于采用已知質(zhì)量的浮球投入水中保持漂浮狀態(tài)，因此能夠確定浮球的所受到的浮力即等于其自身重力；由于容器設(shè)有容積刻度，因此能夠通過(guò)刻度讀數(shù)計(jì)算差值從而直接確定其中的物體所排開的液體的體積，從而直接計(jì)算浸入液體中的物體排開的液體的重力；由于浮杯上設(shè)有立桿，因此可以方便用手按壓浮杯或取放浮杯；由于浮球?yàn)榫垡蚁┧芰现瞥傻那蛐?，且包括不銹鋼內(nèi)芯以及尾桿，因此能夠使浮球能夠浸入水中一定的深度，還能漂浮在水上，而尾桿能方便浮球的取放；由于容器的容量、橫截面內(nèi)半徑和最小刻度以及浮球的半徑和質(zhì)量，因此能夠使浮球能夠投入到容器內(nèi)漂浮在水中，且四周具有合適的自由空隙，浮球的質(zhì)量不同導(dǎo)致所排開水的體積也不同；由于采用透明樹脂制造容器，且其上刻度采用有色顏料標(biāo)記，因此能夠使容器壁透明而刻度明顯，有益于實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行觀察，而樹脂材料可以避免容器輕易破碎；由于所述浮球壁厚3-5mm，尾桿5-7cm，因此能夠保證浮球具有一定的強(qiáng)度和耐磨性，不易損壞，而尾桿的長(zhǎng)度方便實(shí)驗(yàn)者取放浮球；由于所述浮球?yàn)椴噬?，表面光滑，因此方便?shí)驗(yàn)者觀察實(shí)驗(yàn)，且將浮球取出水面時(shí)不易在其表面殘留水珠；由于所述浮球外殼上采用模壓方法標(biāo)記浮球的總質(zhì)量，因此浮球質(zhì)量標(biāo)記清洗耐磨不易去除；由于所 述浮杯為圓柱形空心杯，杯底中心有一立桿，長(zhǎng)約5-7cm，因此能夠加載重量后仍漂浮在水中，且立桿方便實(shí)驗(yàn)者取放浮杯；由于實(shí)驗(yàn)方法采用依次改變V_排和ρ_液的方法，研究浮力的大小，因此能夠使實(shí)驗(yàn)者科學(xué)地總結(jié)出影響浮力大小的因素；由于步驟四中，可以向所述浮杯中添加重物或注入液體，觀察添加量的增加導(dǎo)致的液面的變化，所添加的重物可以是石塊、鐵塊或者已知質(zhì)量的砝碼，注入液體可以采用直接傾倒或者用注射器注射等方法，因此能夠使實(shí)驗(yàn)者通過(guò)不同方法體會(huì)F_浮和V_排的關(guān)系；由于步驟五中，改變所述容器中的液體的密度，可以采用向液體中加入易溶解且溶解時(shí)放熱少的物質(zhì)如食鹽，也可以直接將液體換成酒精、白醋等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此能夠使實(shí)驗(yàn)者體會(huì)F_浮和ρ_液的關(guān)系。

盡管本實(shí)用新型的實(shí)施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本實(shí)用新型的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本實(shí)用新型并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。