“阿基米德原理適用于氣體”的實(shí)驗(yàn)研究

吳文建+許新勝

【摘要】阿基米德原理最初指的是浸在液體中的物體所受浮力的大小與液體的密度、物體排開液體體積的定量關(guān)系。對(duì)于浸在空氣中的物體所受浮力的大小，初中物理教科書只說阿基米德原理也適用于氣體，但未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文通過實(shí)驗(yàn)，測(cè)得浸在空氣中的物體所受浮力的大小，來驗(yàn)證阿基米德原理是否也適用于氣體。

【關(guān)鍵詞】阿基米德原理 氣體 杠桿原理

【中圖分類號(hào)】G420 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）38-0163-01

現(xiàn)行人教版初中物理教科書在八年級(jí)下冊(cè)第十章第2節(jié)“阿基米德原理”中，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力。這就是著名的阿基米德原理。然后，教科書在旁邊做一說明：阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體。善于思考的學(xué)生在學(xué)到這一處時(shí)可能會(huì)想：物理學(xué)中的很多結(jié)論是從大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)出來的，那么對(duì)于阿基米德原理也適用于氣體的情況，能否通過實(shí)驗(yàn)來探究或驗(yàn)證呢？筆者通過研究并結(jié)合第十二章的杠桿原理，發(fā)現(xiàn)阿基米德原理是否適用于氣體的情況可以通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。

1.實(shí)驗(yàn)測(cè)量

實(shí)驗(yàn)過程如下：

⑴如圖1所示，在已經(jīng)水平平衡的杠桿左側(cè)掛排球、氣球和氣針（氣針已扎在氣球上），放在刻度線20cm（即力臂L1=20.0cm=0.200m）處，在杠桿右側(cè)掛鉤碼，移動(dòng)鉤碼所在的位置，直至杠桿水平平衡，此時(shí)鉤碼所掛處的刻度為22.1cm（即力臂L2=22.1cm=0.221m）；

⑵將氣針插入排球氣孔中，排球中的部分氣體充入進(jìn)了氣球中，氣球體積隨之變大，排開空氣的體積也隨之變大，氣球在空氣中所受的浮力將變大，我們很明顯地能看到杠桿不再平衡，左側(cè)升高，右側(cè)下降；

⑶移動(dòng)鉤碼的位置，直至杠桿再次水平平衡；

⑷測(cè)得此時(shí)鉤碼對(duì)杠桿拉力的力臂L2′=21.8cm，氣球的直徑約為：d=19.0cm。用托盤天平測(cè)得右側(cè)鉤碼和掛繩的總質(zhì)量m2=299.4g=0.2994kg，如圖2所示。

2.數(shù)據(jù)分析

3.總結(jié)

阿基米德原理是初中物理所學(xué)的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，在教學(xué)中我們先是通過實(shí)驗(yàn)，探究浸在液體中的物體所受浮力與排開液體所受重力的關(guān)系，然后在教學(xué)中可以根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因以及公式p=ρgh和F=P·S從理論上推導(dǎo)出阿基米德原理。現(xiàn)在我們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了阿基米德原理也適用于氣體。因此，對(duì)于阿基米德原理，可以表述為：浸在流體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受的重力。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社課程教材研究所.義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)[M].北京：人民教育出版社，2012，10.

作者簡(jiǎn)介：

吳文建（1984—），男，安徽人，中學(xué)二級(jí)教師，主要從事中學(xué)物理教學(xué)工作。

許新勝（1975—），男，安徽人，大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，主要從事大學(xué)物理教學(xué)和分子與原子物理科研工作。endprint