專利名稱:浮力分析儀的制作方法
本實(shí)用新型是供中學(xué)物理教學(xué)用的，屬于流體靜力學(xué)領(lǐng)域的一種分析浮力的儀器。
公知的中學(xué)物理關(guān)于“浮力產(chǎn)生的原因”總是用一張掛圖進(jìn)行教學(xué)(初級(jí)中學(xué)課本《物理》第一冊(cè)，人民教育出版社1982年2月第1版。P135。圖6－2)，從來沒有提供過實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)圖樣。學(xué)生缺乏直觀印象，知識(shí)學(xué)得不透。有的學(xué)校曾介紹過這樣一種實(shí)驗(yàn)將一個(gè)底面十分平整的蠟塊放置在一個(gè)平底容器中，由于兩平面貼合緊密，注入水后，比重較小的蠟塊也不上浮，因而得結(jié)論“蠟塊底面因無液壓而沒有浮力”，其實(shí)是緊密貼合的兩面間既無液壓，也無氣壓，液面上的大氣壓得不到平衡，它倒是使蠟塊不能上浮的更為主要的原因。因此，蠟塊實(shí)驗(yàn)是不能確切證實(shí)產(chǎn)生浮力的原因的。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種實(shí)驗(yàn)裝置能確切證實(shí)產(chǎn)生浮力的原因。
本實(shí)用新型是由一個(gè)中間底部帶空氣室(5)的盛水容器(2)和一個(gè)中部帶通氣管(12)?？潭瘸?11)的空心浮子(13)兩部分組成。(圖1、圖2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將空心浮子(13)對(duì)正放置在盛水容器(2)的空氣室(5)上?？招母∽?13)的底部和空氣室(5)的頂部都經(jīng)過精密研磨，兩平面能緊密貼合，不透氣、不漏水，從加水槽(7)向盛水容器(2)中注入清水，水面不論漲至任何高度，空心浮子(13)始終緊蓋住空氣室(5)不會(huì)上浮，由于空氣室(5)通過通氣管(12)與水面上的大氣相通，其中又無液體，這就證實(shí)了空心浮子(13)的底面純粹是因無液壓而無浮力。
然后再從加水槽(6)注入有顏色的水(用色水的目的是使對(duì)比清晰便于觀察)，色水將通過連通管(4)進(jìn)入空氣室(5)。當(dāng)空氣室(5)水滿后，如果再緩慢地滴入色水，將會(huì)看到空氣室(5)中的色水沿通氣管(12)上升。此時(shí)的通氣管(12)與刻度尺(11)已聯(lián)合組成為一個(gè)壓強(qiáng)計(jì)，管中色水高度，即示空心浮子(13)的底部所受色水的壓強(qiáng)P底，單位是厘米水柱。
管中色水繼續(xù)上升，浮力逐漸增大，當(dāng)管中色水上升到浮力等于浮子重量時(shí)，在此瞬間，浮子處于不穩(wěn)平衡狀態(tài)，注意讀取此時(shí)刻浮子底面所受壓強(qiáng)P底，它必定等于浮子頂面所受壓強(qiáng)P頂跟浮子重量產(chǎn)生的壓強(qiáng)P重之和，即P底＝P頂＋P重或 P底－P頂＝P重。實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明了浮力產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于浮子下、上兩底的壓強(qiáng)差，由于浮子上下兩底的面積相等，都是100厘米2，此實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了浮子所受浮力等于浮子下上兩底的壓力差。
不穩(wěn)平衡瞬間過后，由于氣室中的色水已與容器中的清水連通，較大的清水壓強(qiáng)使得浮力大于浮子重量，平衡被打破，浮子加速上升。沖向水面。
浮子冒出水面后，浮力逐漸減小，最后達(dá)浮力等于浮子重量時(shí)，浮子處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，靜止地浮于水面。從壓強(qiáng)計(jì)的讀數(shù)可知，此時(shí)的浮力產(chǎn)生的壓強(qiáng)P浮，等于浮子重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)P重(P浮＝P重)也就證明了浮于液面的物體，必定是浮力F浮等于物體的重量G(F浮＝G)。
空心浮子(13)的頂面后側(cè)兩角處各有一個(gè)加水孔(16)，可用大號(hào)注射器對(duì)孔內(nèi)加水或減水，使得浮子的比重能在0.4——1.2克／厘米3之間任意改變。浮子比重調(diào)好后，再用兩個(gè)小橡皮塞將兩加水孔堵住，使浮子空腔被密封(橡皮塞沒有在附圖中畫出)。用任何比重的浮子來做上述的實(shí)驗(yàn)都能得到相同的定性和定量關(guān)系，只是在做定量實(shí)驗(yàn)時(shí)，浮子比重應(yīng)在0.8克／厘米3以上，使得氣室內(nèi)外液體的壓強(qiáng)差不大于2厘米水柱，讀數(shù)才較準(zhǔn)確。
浮力分析儀不僅能做上述這些特定的浮力實(shí)驗(yàn)，還可配備彈簧秤重錘等附件來做一些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)。例如驗(yàn)證阿基米德定律、測(cè)固體或液體的比重、觀察懸浮現(xiàn)象、說明物體浮沉條件等。總之，它能驗(yàn)證和分析所有的有關(guān)浮力的問題。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)的底部加一塊適當(dāng)厚度的厚玻璃(14)為浮子配重，使它在空腔時(shí)的重量為400克；底部加厚玻璃的另一目的是降低浮子的重心，使它能平正地浮于水面。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)中部的通氣管(12)的內(nèi)徑為0.6厘米，才能使毛細(xì)現(xiàn)象的影響減小到可以忽略的程度。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)中的刻度尺(11)的零刻線位置在浮子的底上。使得通氣管(12)中的水柱高度都是從浮子底算起。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)為正立方體，棱長10厘米。使得浮子的體積、底面積、高度等都是整數(shù)，在讀數(shù)后換算時(shí)便于心算。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)中刻度尺(11)的頂部裝有一個(gè)上掛環(huán)(10)，便于將整個(gè)浮子掛在彈簧秤下來稱浮子的重量。兼作浮子提手用。
本實(shí)用新型的空心浮子(13)的底部正中裝有一個(gè)下掛環(huán)(15)，作加掛重錘用。
本實(shí)用新型的盛水容器(2)的底部空氣室(5)的開口為正方形，邊長10厘米。目的是使它跟浮子的底面積相同，以利改變整個(gè)浮子底面的液壓。
本實(shí)用新型的盛水容器(2)的底部有兩個(gè)放水口(8)(9)，放水口(8)用來放出空氣室(5)中的水，放水口(9)用來放出盛水容器(2)中的水。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，兩個(gè)放水口外都套有長橡皮管，橡皮管外都有夾子夾住，使不漏水(橡皮管和夾子附圖上都未畫出)。
本實(shí)用新型的盛水容器(2)的背板為夾層玻璃，夾層間涂白色，以襯托出空心浮子(13)中的透明刻度尺(11)的刻度線和數(shù)字，也能襯托出通氣管(12)中的色水，使色彩分明，方便觀看。盛水容器(2)中並排裝有兩個(gè)加水槽(6)和(7)的一側(cè)為背面。圖1中的“1－－浮子放置位置”僅僅是表示浮子放置位置，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)使浮子在此位置上沿豎直軸轉(zhuǎn)90°才是浮子的正確放置方向。
本實(shí)用新型的盛水容器(2)的底板下四角裝有四個(gè)容器腳(3)。使得兩個(gè)放水口有向下延伸的余地。
本實(shí)用新型用透明材料制作，便于學(xué)生從外到里看得一清二楚。
本實(shí)用新型各零件斷面制成方形，避免園形透明件的透鏡作用而使物象失真。
圖面說明圖1 盛水容器(比例13)1－－浮子放置位置2－－盛水容器3－－容器腳4－－連通管5－－空氣室6－－加水槽7－－加水槽8－－放水孔9－－放水孔圖2 空心浮子(比例12)
10－－上掛環(huán)11－－刻度尺12－－通氣管13－－空心浮子14－－厚玻璃15－－下掛環(huán)16－－加水孔
權(quán)利要求
1.一種供中學(xué)物理教學(xué)用的浮力分析儀，其特征在于由一個(gè)中間底部帶空氣室(5)的盛水容器(2)和一個(gè)中部帶通氣管(12)刻度尺(11)的空心浮子(13)兩部分組成。
2.按照權(quán)利要求
1所述的浮力分析儀，其特征在于盛水容器(2)的底部有兩個(gè)放水孔，放水孔(8)與空氣室(5)相通，放水孔(9)與盛水容器(2)相通。
3.按照權(quán)利要求
1所述的浮力分析儀，其特征在于盛水容器(2)的外側(cè)設(shè)有兩個(gè)加水槽(6)(7)。
4.按照權(quán)利要求
3所述的浮力分析儀，其特征在于加水槽(7)的底部與盛水容器(2)連通，加水槽(6)的底部經(jīng)過連通管(4)與空氣室(5)連通。
5.按照權(quán)利要求
1所述的浮力分析儀，其特征在于盛水容器(2)的中間底部的空氣室(5)的截面為正方形，邊長10厘米。
6.按照權(quán)力要求1所述的浮力分析儀，其特征在于空心浮子(13)為正立方體，棱長10厘米。
7.按照權(quán)利要求
1所述的浮力分析儀，其特征在于空心浮子(13)的底部有一塊厚玻璃(14)。
8.按照權(quán)利要求
1所述的浮力分析儀，其特征在于空心浮子(13)重400克。
專利摘要
浮力分析儀是屬于流體靜力學(xué)領(lǐng)域的一種中學(xué)物理教學(xué)儀器。浮力分析儀由一個(gè)中間底部帶空氣室(5)的盛水容器(2)和一個(gè)中部帶通氣管(12)、刻度尺(11)的空心浮子(13)兩部分組成。空心浮子(13)對(duì)正空氣室(5)蓋住空氣室，利用空氣室和通氣管，使空心浮子底下無水或者能改變水壓，又能保持空氣室里的氣壓跟外界大氣壓相等，因而能定性和定量地研究分析各種有關(guān)“浮力”的問題。
文檔編號(hào)G09B23/00GK85201926SQ85201926
公開日1986年3月12日 申請(qǐng)日期1985年5月16日
發(fā)明者曾祜年 申請(qǐng)人:長沙市明德中學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan