專利名稱：液體壓強(qiáng)與浮體條件實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬中學(xué)、師范院校物理教學(xué)儀器。
迄今為止，“研究液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系”和“研究物體浮在液面條件”兩個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教材分別安排以玻璃試管做載物筒，以沙做載物，讓試管盛沙漂浮在盛液筒燒杯和量筒中做(見全國(guó)通用教材初中物理第一冊(cè)第109和第143頁(yè))，都要求試管豎直漂浮，難度大，就連教師也難做成功。原因是一、沙的密度比玻璃小，試管盛沙后，整體重心往往高于浮心，致使試管易翻倒。
二、用角匙往試管中注沙，即使小心操作，也難做到各處沙厚薄一樣，疏密均勻，難以實(shí)現(xiàn)各質(zhì)量元對(duì)試管中心軸線對(duì)稱，因此試管既使不傾倒，也要傾斜，造成碰觸盛液筒壁，破壞了“重力與浮力”二力平衡原理。
三、一般試管壁厚，自重較大，而排水體積不大，最大排水重量與本身重量比不超過2，因此逐次增沙少，液面升高不顯著，再加水的浸潤(rùn)現(xiàn)象干擾，給讀數(shù)帶來較大誤差。
四、在研究液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用刻度尺測(cè)試管露出液面高度，尺要貼近試管壁豎直懸置，不能觸碰管壁尺端要?jiǎng)偤门鲇|水面，又不能深入水面，操作之難度，學(xué)生能力實(shí)難承受。稍不慎就會(huì)將處于不穩(wěn)定平衡的試管碰倒。
五、傳統(tǒng)的量筒刻度標(biāo)在筒壁局部部位，不能供參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生同時(shí)圍觀讀數(shù)。
另外教材中有關(guān)“載物”與“液面”問題，是浮體問題的深化，由于無實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)做不了，造成教師難教，學(xué)生難學(xué)，也急待解決。
本實(shí)用新型的目的就針對(duì)上述不足，對(duì)現(xiàn)行兩種實(shí)驗(yàn)裝置加以改進(jìn)，提供四種便于學(xué)生親自操作，減小測(cè)量誤差，易于實(shí)驗(yàn)成功的教學(xué)儀器。
本實(shí)用新型技術(shù)解決方案是一、一種研究液體壓強(qiáng)的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、盛液筒組成，其特殊之處在于載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的平底柱形筒，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊。
其特殊之處還在于載物筒壁至少具有一排指示筒浸沒深度的刻度。
其特殊之處還在于載物筒與盛液筒之間具有能指示載物筒浸沒深度的浮標(biāo)。
二、一種用于研究浮體條件的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、量筒組成，其特殊之處在于載物筒是最大排水重量與自身重量之比至少大于3的柱形筒，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊。
其特殊之處還在于量筒的筒壁上至少具有一排以上表示盛液體積的刻度。
其特殊之處還在于載物筒與量筒之間具有指示量筒刻度的浮標(biāo)。
其特殊之處還在于量筒具有調(diào)豎直放置結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由具可調(diào)螺栓的量筒底座、量筒內(nèi)底面中心標(biāo)記、重垂線及可定位在量筒口上重垂線懸掛架組成。
三、一種研究浮體條件的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、盛液筒組成，其特殊之處在于載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒壁上具至少一排表示排水體積的刻度，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大材料制成能防偏定位的規(guī)則重塊，在載物筒與盛液筒之間具能指示載物筒刻度的浮標(biāo)。
四、一種研究“載體”與“水面”問題的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、量筒組成，其特殊之處在于載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒底下面中心具吊環(huán)，載物是鉛、銅、鐵等密度較大材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊，以及載物是能防偏定位且能浮在水面上規(guī)則輕塊，量筒是筒壁上至少具有一排以上表示盛液體積的刻度，在載物筒與量筒之間具有能指示量筒刻度的浮標(biāo)，量筒具有調(diào)豎直結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由具可調(diào)螺栓的量筒底座、量筒內(nèi)底面中心標(biāo)記、重垂線及可定位在量筒口上的重垂線懸掛架組成。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)是載物筒重量輕，載規(guī)則重塊，易實(shí)現(xiàn)豎直漂浮，無須調(diào)整，而且排水量大，逐次增重顯著，輔以浮標(biāo)助讀，排除水的浸潤(rùn)現(xiàn)象對(duì)讀數(shù)的影響，使測(cè)定更準(zhǔn)確，易于學(xué)生親手實(shí)驗(yàn)成功，從而開發(fā)學(xué)生智力，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能。
以下結(jié)合
本實(shí)用新型的實(shí)施。
圖1為研究液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系的圓柱形平底載物筒示意圖。
圖2為掛鉤示意圖。
圖3為圓柱形重塊示意圖。
圖4為形狀是環(huán)狀的浮標(biāo)示意圖。
圖5為透明盛液筒示意圖。
圖6為研究物體浮在液面條件量筒示意圖。
圖7為研究物體浮在液面條件圓柱形載物筒示意圖。
圖8為量筒底座示意圖。
圖9為重垂線及其懸掛架示意圖。
圖10為下底面具吊環(huán)圓柱形載物筒示意圖。
圖11為一種薄片狀浮標(biāo)示意圖。
圖12為一種輕塊示意圖。
圖13為研究液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系整體裝置示意圖。
圖14為研究物體浮在液面條件整體裝置示意圖。
圖15為實(shí)驗(yàn)密度大于水的“載物”與“水面”問題示意圖。
圖16為實(shí)驗(yàn)密度小于水的“載物”與“水面”問題示意圖。
載物筒最大排水重量與自身重量之比和規(guī)則重塊密度越大，以及重塊定位防偏，是使實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。載物筒可用密度較小的材料如塑料做成體積較大薄壁筒，一般注塑筒“比值”最大可達(dá)10以上，吹塑筒更佳；也可用鋁、鐵、銅等金屬材料制成容積大的薄壁筒，如合金鋁質(zhì)易拉罐筒最大“比值”可達(dá)20以上，鐵質(zhì)的也可達(dá)10以上。載物筒形狀可為圓柱形，也可為正多棱柱形，圖1、圖7、圖10只畫出了圓柱形。載物重塊可用鉛、鐵、銅等密度較大材料制成厚薄均勻、疏密均勻的規(guī)則整體塊，也可用規(guī)則外皮盛密度大的金屬顆粒制成，保證各質(zhì)量元對(duì)中心軸線對(duì)稱，放到載物筒底后，使整體重心遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低到浮心以下，其形狀可為圓柱塊，如圖3，也可為正多棱柱塊。圖12為一種形狀能浮在水面上的載物輕塊，也要保證各質(zhì)量元對(duì)中心軸線對(duì)稱。重塊輕塊上面設(shè)吊環(huán)，配合圖2掛鉤，可方便地放入或取出筒內(nèi)。筒與重塊之間的相互定位，可使重塊的外圍線度稍小于載物筒內(nèi)圍線度，重塊可沿筒內(nèi)壁滑放到筒底，使筒內(nèi)壁與重塊側(cè)壁處處接觸防偏定位；也可在載物筒內(nèi)底面中心設(shè)凸，重塊下底面中心設(shè)凹，凸與凹相互密合實(shí)現(xiàn)防偏定位，如載物筒1、13的2、14與重塊5的7可相互定位。輕塊的防偏定位措施與重塊相同。載物筒1上標(biāo)刻度，去掉了刻度尺的操作，降低了實(shí)驗(yàn)難度。載物筒1和量筒10的壁上標(biāo)多排刻度，便于學(xué)生從不同角度同時(shí)讀數(shù)。調(diào)整量筒豎直結(jié)構(gòu)，即是調(diào)整量筒多排刻度表示某一讀數(shù)的同一刻線與液面相平的結(jié)構(gòu)，避免多個(gè)學(xué)生從不同角度同時(shí)所讀排水體積數(shù)相差懸殊。量筒10內(nèi)底面中心的標(biāo)記，可為錐尖，也可為“十”字線，也可是色點(diǎn)，如量筒10中的12即為錐尖。量筒底座可獨(dú)成一體，也可與量筒結(jié)為一體制作。
浮標(biāo)可用密度小于水的材料，如紙質(zhì)浸漆、聚丙塑料、泡沫塑料等制作，也可用一般金屬材料制或封閉空心體。其形狀可為各種形狀薄片或其他規(guī)則體，只要保證浮在水面上，其上、下面或側(cè)面環(huán)標(biāo)線與液面相平行或重合即可。圖4中8是環(huán)狀薄片浮標(biāo)，其內(nèi)徑稍大于載物筒外徑，其外徑稍小于盛液筒內(nèi)徑，其上下面可指示載物筒或量筒壁上刻度，又可控制載物筒在盛液筒中心漂浮，排除了水的浸潤(rùn)現(xiàn)象影響。圖11是扇形浮標(biāo)片，一套儀器可配數(shù)個(gè)。浮標(biāo)的顏色為深色，以增大與液體反差對(duì)比度，便于讀數(shù)。
以較精確測(cè)定為例，各敘述一個(gè)實(shí)驗(yàn)例1、測(cè)定液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系如圖13，用掛鉤4先將部分重塊5放入載物筒1底部定位，套入浮標(biāo)8，使載物筒1在盛有適量水的盛液筒9中豎直漂浮，讀出浮標(biāo)8上表面或下表面所指刻度3上的數(shù)值h1或h2，即可得出載物筒1浸沒深度hh＝h1－d或h＝h2＋d，式中d為浮標(biāo)露出水面高度，d對(duì)一定液體是個(gè)定值。逐次增加重塊，連續(xù)作三次，得出每次浸入深度。載物筒1底每次所受水的壓強(qiáng)，依p＝G／S得出，G是載物筒與重塊重量，S為載物筒底面積。比較每次浸沒深度與底面所受液體壓強(qiáng)數(shù)值，即可得出液體壓強(qiáng)與深度成正比的結(jié)論P(yáng)＝p液gh。
2、測(cè)定物體浮在液面上條件(1)先調(diào)整量筒豎直將量筒10置于量筒底座15上，重垂線懸掛架18定位在量筒口，調(diào)整底座15的螺栓16，使重垂17的錐尖正對(duì)量筒10底面中心上錐尖12的尖端，量筒即為豎直位置。也可不用重垂線，在量筒10內(nèi)倒入適量水，水面上漂浮浮標(biāo)8，調(diào)整螺栓16，直至浮標(biāo)8的上面或下面都指量筒刻度11上同一數(shù)值刻線，量筒即為豎直位置。調(diào)豎直后量筒及其底座不要再動(dòng)。
(2)測(cè)定如圖14，往量筒10中倒入適量水，放上浮標(biāo)8，記下浮標(biāo)8上表面或下表面所指量筒刻度讀數(shù)V1，再把放入部分重塊5的載物筒13，套入浮標(biāo)8內(nèi)，置于水中漂浮，讀出浮標(biāo)8上表面或下表面所指刻度讀數(shù)V2，V2－V1即為第一次排水體積。逐次增重，就得出每次排水體積。據(jù)阿基米得定律可算出載物筒13每次所受浮力，載物筒及重塊每次重量可由天平測(cè)其質(zhì)量算出。比較每次浮力及重量，就可得出物體浮在液面條件是F?。紾的結(jié)論。
3、測(cè)定不同密度“載物”與“水面”實(shí)驗(yàn)如圖15，調(diào)豎直按實(shí)驗(yàn)2，載物筒改用下底面具懸掛吊環(huán)20的載物筒19，將重塊5一部或全部由筒內(nèi)移出懸掛到20上，平衡后，可見浮標(biāo)8上表面或下表面與重塊5未移出前所指量筒刻度相同，即水面既不上升也不下降。如將移出的重塊一部或全部摘下吊環(huán)沉入水底，可見水面降低。如圖16，按實(shí)驗(yàn)2裝置，改用浮標(biāo)21，先在載物筒13內(nèi)放部分重塊5，使其豎直漂浮，再放入數(shù)塊輕塊22增重使其下沉些，記下浮標(biāo)21所指刻度，再取出輕塊22浮在水面上，可見浮標(biāo)21所指刻度不變，即驗(yàn)證了水面既不上升，也不下降。
權(quán)利要求1.一種研究液體壓強(qiáng)的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、盛液筒組成，其特征是載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的平底柱形筒，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大的材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述研究液體壓強(qiáng)的教學(xué)儀器，其特征在于載物筒壁至少具有一排指示筒浸沒深度的刻度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的研究液體壓強(qiáng)的教學(xué)儀器，其特征在于載物筒與盛液筒之間具有能指示載物筒浸沒深度的浮標(biāo)。
4.一種研究浮體條件的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、量筒組成，其特征是載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的柱形筒，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大的材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述研究浮體條件的教學(xué)儀器，其特征在于量筒的筒壁上至少具有一排以上表示盛液體積的刻度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述研究浮體條件的教學(xué)儀器，其特征在于載物筒與量筒之間具有能指示量筒刻度的浮標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述研究浮體條件的教學(xué)儀器，其特征在于量筒具有調(diào)豎直放置的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由具可調(diào)螺栓的量筒底座、量筒內(nèi)底面中心標(biāo)記、重垂線及可定位在量筒口上重垂線懸掛架組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述研究浮體條件的教學(xué)儀器，其特征在于量筒具有調(diào)豎直放置的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由具可調(diào)螺栓的量筒底座、量筒內(nèi)底面中心標(biāo)記、重垂線及可定位在量筒口上重垂線懸掛架組成。
9.一種研究浮體條件的教學(xué)儀器，由載物筒、載物、盛液筒組成，其特征是載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒壁上具至少一排表示排水體積的刻度，載物是由鉛、銅、鐵等密度較大材料制成的能防偏定位的規(guī)則重塊，在載物筒與盛液筒之間具能指示載物筒刻度的浮標(biāo)。
10.一種研究“載體”與“水面”問題教學(xué)儀器，由載物筒、載物、量筒組成，其特征是載物筒是最大排水重量與本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒底下面中心具吊環(huán)，載物是用鉛、銅、鐵等密度較大材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊，以及能防偏定位且能浮在水面上規(guī)則輕塊，量筒是筒壁上至少具一排以上表示盛液體積的刻度，在載物筒與量筒之間具有能指示量筒刻度的浮標(biāo)，量筒具有調(diào)豎直結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由具可調(diào)螺栓的量筒底座、量筒內(nèi)底面中心標(biāo)記、重垂線及可定位在量筒口上重垂線懸掛架組成。
專利摘要本實(shí)用新型屬中學(xué)、師范院校物理儀器，由載物筒、載物、浮標(biāo)及盛液筒等組成。載物筒是排水體積大重量輕的薄壁平底柱形筒，載物是由鉛等密度較大的材料制成并能防偏定位的規(guī)則重塊，載物筒載物后無須調(diào)整，就能豎直漂浮液體中，同時(shí)輔以浮標(biāo)助讀，排除水的浸潤(rùn)現(xiàn)象對(duì)測(cè)定干擾。所以應(yīng)用此教學(xué)儀器做“液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系”、“物體浮在液面條件”實(shí)驗(yàn)，誤差小，適易學(xué)生親自動(dòng)手。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2147609SQ9222996
公開日1993年11月24日 申請(qǐng)日期1992年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月9日
發(fā)明者耿永喜 申請(qǐng)人:耿永喜