一種新型高中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具

姚振亞

背景技術(shù)

高中物理教學(xué)中，目前在進(jìn)行測定浮力時(shí)，通常用的方法是稱量法和公式法（阿基米德原理），在用阿基米德原理測試浮力時(shí)，因?yàn)槭紫纫谌萜髦凶M液體，當(dāng)將物體放置在容器中后，液體會(huì)順著容器壁流出，教師通過測定流出容器的液體重量就能得到物體在液體中受到的浮力。但是在這個(gè)過程中，存在一個(gè)亟待解決的問題，那就是，因?yàn)榱鞒龅囊后w有很多會(huì)掛在容器的外壁上，這就導(dǎo)致后期測量排出液體的重量與物體實(shí)際的浮力之問的誤差較大，測量不夠精確，不利于驗(yàn)證阿基米德公式。目前為了減少上述誤差，通常是當(dāng)沒有液體向外流時(shí)，再停留一段時(shí)問，確保容器外壁上的溶液盡可能被全部收集，但是如果是高溫的夏天在停留的時(shí)問段內(nèi)，溶液會(huì)被快速蒸發(fā)，這也能造成測定的浮力與排除液體的重量之間存在較大的誤差，不利于學(xué)生理解阿基米德原理。

實(shí)用新型教具內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有阿基米德原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置存在的上述問題，提供一種新型高中物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具。

本教具包括透明的箱體以及與箱體可拆卸連接的箱蓋。

箱蓋內(nèi)設(shè)置有進(jìn)氣管并延伸到箱蓋外，箱蓋外的出氣管與液氮罐連接，箱體側(cè)壁上開設(shè)有出氣口，進(jìn)氣管上連通有能夠向箱體的內(nèi)腔輸入氣體的出氣管。箱蓋上螺紋連接有豎向的螺紋桿，螺紋桿貫穿箱蓋的厚度，螺紋桿的上端與搖把同定連接，螺紋桿的下端同定連接有豎向的彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)的下端懸掛有重物。當(dāng)旋轉(zhuǎn)搖把，且螺紋桿向下移動(dòng)時(shí)，重物落入同定設(shè)置在箱體底面的透明的測量容器內(nèi)，側(cè)壁上端設(shè)置有與測量容器內(nèi)腔相連通的出液管。箱體的底面還設(shè)有用于接收出液管流出的液體的液體收集容器。

出液管傾斜向下設(shè)置。箱體的底面上且在放置液體收集容器的位置上設(shè)置有壓力傳感器，箱體的側(cè)壁上設(shè)置有控制器和顯示屏，壓力傳感器、顯示屏均與控制器電性連接。箱體內(nèi)腔的底面設(shè)置有用于限位液體收集容器的凹槽，凹槽的底面卡設(shè)有壓力傳感器。

使用過程

當(dāng)需要用本教具進(jìn)行浮力實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員打開箱蓋2，將液體收集容器7放置在凹槽5內(nèi)，然后向測量容器3內(nèi)注入液體，例如水，注入水的量既需要確保水充滿測量容器3，又需要確保水不會(huì)從出液管4流出為止；然后實(shí)驗(yàn)人員保持箱蓋2水平，并在彈簧測力計(jì)12的下端懸掛重物13，記錄此時(shí)彈簧測力計(jì)12的讀數(shù)，此時(shí)的讀數(shù)為重物13的重力；然后，實(shí)驗(yàn)人員將箱蓋2蓋在箱體1的上端；最后，實(shí)驗(yàn)人員通過搖搖把11使螺紋桿10向箱體1的底面移動(dòng)，同時(shí)帶著重物13向下移動(dòng)，直到重物13落入測量容器3中的水中為止。此時(shí)，使用者將進(jìn)氣管8與外界的液氮罐連通，液氮罐中的液氮會(huì)揮發(fā)，揮發(fā)的氣體將順著進(jìn)氣管8，并經(jīng)過出氣管9進(jìn)入箱體1的內(nèi)腔，對(duì)箱體1的內(nèi)腔進(jìn)行降溫。當(dāng)重物13部分落入測量容器3內(nèi)時(shí)，水會(huì)順著出液管4流入液體收集容器7內(nèi)，實(shí)驗(yàn)人員記錄此時(shí)彈簧測力計(jì)12的讀數(shù)，等待一段時(shí)間，待出液管4沒有液體流入液體收集容器7后，記錄此時(shí)液體收集容器7內(nèi)液體的重量，根據(jù)理論知識(shí)和公式驗(yàn)證阿基米德原理。當(dāng)重物13剛好全部淹沒在水中時(shí)，實(shí)驗(yàn)人員記錄此時(shí)彈簧測力計(jì)12的讀數(shù)，同時(shí)當(dāng)出液管4內(nèi)無液體流入液體收集容器7內(nèi)時(shí)，記錄液體收集容器7內(nèi)液體的重量，在根據(jù)理論知識(shí)和公式驗(yàn)證阿基米德原理。同時(shí)實(shí)驗(yàn)人員，可以通過螺紋桿10調(diào)節(jié)重物13浸沒在測量容器3中不同的深度，進(jìn)一步驗(yàn)證阿基米德原理。

當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)人員打開箱蓋2，將重物13放置在箱體1底面上，將進(jìn)氣管8與外界液氮罐斷開，將液體收集容器7內(nèi)的水倒掉，并將空的液體收集容器7放置在箱體1內(nèi)，將測量容器3內(nèi)的水抽出即可。

使用效果

與現(xiàn)有教具相比，本新型教具可取得明顯的有益效果。

因?yàn)闇y量容器3上設(shè)置有出液管4，當(dāng)重物13放置在測量容器3內(nèi)后，原來就注滿水的測量容器3內(nèi)的水會(huì)順著出液管4流入液體收集容器7內(nèi)，這樣就能夠避免從測量容器3內(nèi)水掛在測量容器3的外側(cè)壁，造成收集的水的重量與實(shí)際從測量容器3排出的水的重量存在較大的誤差，提高實(shí)驗(yàn)的精確度。

因?yàn)檫M(jìn)氣管8與液氮罐連接，液氮會(huì)順著進(jìn)氣管8通過出氣管9進(jìn)入箱體1的內(nèi)腔，從而對(duì)箱體1內(nèi)腔的環(huán)境進(jìn)行降溫，這樣就能確保即使在高溫的夏天，在等待出液管4內(nèi)的液體幾乎全部流入液體收集容器7的過程中，出液管4內(nèi)的液體以及液體收集容器7內(nèi)的液體也不會(huì)被快速的蒸發(fā)，這樣就能進(jìn)一步的確保從測量容器3內(nèi)排出的液體的重量與液體收集容器7內(nèi)收集的液體重量之問的誤差認(rèn)為控制在最小的范同內(nèi)，確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性一。