[实用新型]新“阿基米德原理”演示器

说明书

本实用新型是中学物理教学演示“阿基米德原理”(浮力原理)的一种教学专用实验仪器。

目前，用于教学演示“阿基米德原理”的传统仪器，是将弹簧、圆柱形容器、与圆柱形容器等体积的圆柱体(物体)串接在一起，安装在支架上而构成。实验演示时，先标出弹簧指针的初始位置，然后将圆柱体浸入水中，由于受到浮力作用，使弹簧收缩，指针上移，再标出指针上移的位置；然后再将与圆柱体浸入水中部分等体积的水倒入圆柱形容器中，受重力作用，弹簧指针又被拉伸至初始位置。从而说明“浮力等于物体排开的液体(水)受到的重力”(阿基米德原理)。由于两过程要分步进行比较，而且不能演示排水过程，且也不便于演示物体部分、完全浸没在液体中，物体处于液体内部不同深度时，漂浮、悬浮时的情形，即不便于从各个侧面验证此原理，且整个过程比较抽象，演示教学效果不理想。

本实用新型的目的是提供一种新的“阿基米德原理”演示器，它不仅能同时直接演示出物体受到的浮力与排开的水(液体)受到的重力的关系以及排水过程，也能方便地演示出物体部分、全部浸入时，物体处于液体内部不同深度时，漂浮时，甚至悬浮时物体受到的浮力与排开的水受到的重力的关系(F浮=G排)，从而能较全面地演示与验证“阿基米德原理”，直观性强，获得理想的演示教学效果。

本实用新型的目的是这样实现的：通过高度调节器固定在铁架台上的操作面板上的两侧，各有一根劲度系数(弹性系数)完全相同的、末端附有指针的弹簧，与操作面板上的刻度盘构成弹簧秤，其中一根弹簧下悬挂一物体，另一弹簧下悬挂一接水容器(容器底部附有挂钩)，物体正下方是上部有一出水管的盛满水的容器；另有一木块(也可以是其它可漂浮在水面的物体)。开始时两弹簧指针指在操作面板上刻度盘的初始刻度线(0刻度线)上，当将操作面板下降使物体部分或全部浸入盛满水的容器中时，物体排开的水经出水管流入另一弹簧下悬挂的接水容器中。此时物体由于受到浮力作用而使弹簧收缩，指针上移，浮力的大小等于弹簧减小的拉力；而排入接水容器中的水由于受重力作用而使弹簧拉长，指针下移，重力的大小等于弹簧增加的拉力。此时两弹簧收缩与伸长的长度相等，从两弹簧下的指针在刻度盘上指示出来；而当物体浸没时，物体处于水中任意深处，两指针位置并无变化。另外，可将一木块悬挂在接水器下，此时弹簧指针指示的位置为木块受到的重力，再将木块放入盛满水的容器中，此时木块漂浮，水从容器中排入接水容器中时，此时弹簧指针指示的位置为流入接水容器中的水的重力，两次指针指示的位置相同，由于漂浮时木块受到的浮力与重力相等，因此说(物体)漂浮时的浮力与排开的水(液体)受到的重力相等。从而说明：“物体受到的浮力等于物体排开的液体受到的重力”，达到全面、直观地演示验证“阿基米德原理”的目的。

由于采用上述方案，可以从各个侧面较全面地演示与验证“阿基米德原理”。学生可以直接通过观察比较即能理解此原理，直观性好，演示教学效果理想，而且仪器结构原理简单易懂。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的原理结构图。

图2是操作面板(1)背面部分的结构图。

图中1．操作面板  2．弹簧固定螺丝  3．弹簧  4．金属丝  5．指针  6．刻度盘  7．限位器  8．细线  9．物体  10．排水器  11．木块  12．支承台  13．铁架台底座  14．铁架台圆铁棒  15．接水器  16．细线  17．限位器  18．示数  19．指针  20．金属丝  21．弹簧  22．弹簧固定螺丝  23．调节螺钉  24．高度调节器25．限位器固定螺丝  26．限位器固定螺丝

在附图中，在操作面板(1)上一侧用弹簧固定螺丝(2)固定悬挂弹簧(3)，弹簧末端系一金属丝(4)，在金属丝(4)末端固定一指针(5)，在金属丝(4)末端系一细线(8)，细线穿过固定在操作面板(1)下端的限位器(7)的小孔，在细线(8)末端悬挂一物体(9)；在操作面板(1)的另一侧以同样的方法依次串接安装有弹簧固定螺丝(22)、弹簧(21)、金属丝(20)、指针(19)、细线(16)、限位器(17)、接水器(15)。操作面板上画有刻度盘(6)及与刻度线对应的示数(18)，与弹簧(3)和(21)构成两支弹簧秤。当操作面(1)板竖直静止放置时，弹簧固定螺丝(2)和(22)与限位器(7)和(17)分别能使弹簧(3)和(21)、指针(5)和(19)与操作面板(1)无接触摩擦，指针(5)和(19)此时应在刻度盘(6)“0”刻度线上。在物体(9)的正下方为一放在铁架台底座(13)上的排水器(10)，当排水器(10)中装满水(与出水口相平)时，拧松如图2所示操作面板(1)背面的高度调节器(24)中的调节螺钉(23)，将操作面板(1)下移至物体(9)靠近在排水器(10)水面上时，接水器(15)正好处于排水器(10)出水管口的正下方。铁架台底座(13)放在支承台(12)上。支承台的高度应能使当物体(9)完全浸没在排水器(10)水中且靠近在排水器底部、接水器(15)因而盛有与物体(9)等体积水时，接水器(15)下降所达到的高度位置而不触底。其中物体(9)的“质量/体积”约为“1.1克/厘米3～1.2克/厘米3(平均密度)；接水器(15)的挂纽做成向内凹的“弓”形，防止接水时水沿挂纽流失；排水器(10)的直径约为物体(9)的直径(或宽)的2～2.5倍，可盛水深度约为物体(9)长的2倍，出水管略下斜，管口做成小嗽叭状，可防止管内形成水柱。另处，木块(11)作为漂浮物体，实验时先挂在接水器(15)底部的挂钩上，测出其重量，然后再放入排水器(10)水中，用接水器(15)测出其排出的水的重量。其中木块的平均密度约为0.5～0.7克/厘米³为宜，体积与物体(9)相近。