物理浮力实验装置的制作方法

本实用新型涉及物理实验器械领域。

背景技术：

验证物体在液体中所受浮力大小是物理实验中的基本实验之。在测量物体在液体中所受浮力的物理实验中，浸在液体中的物体排出一定体积的液体，这部分体积的液体所受的重力等于物体所受的浮力。在一般的实验装置中，溢流口直接与液面齐平，而在实验操作中，液面易受到物体的影响而引起波动，由于液面与溢流口的最低点已经齐平，高出则会被排出，波动的液面容易造成过量的液体的排出，影响到实验结果，一般的排出液体的量由量筒读数取得，方式单一，若没有量筒时则无法进行实验。在一般的实验教学过程中，容器箱内的液体通常会较多，在视觉上产生大量的水将物体托起的效果，学生经常会产生疑问，浮力是否与液体本身的深度有关，而一般的实验装置无法便捷的进行直观的证明演示。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题，是针对上述存在的技术不足，提供一种物理浮力实验装置。液体的排出更加稳定，计量精确，由浮力块本身即可计算读取排开的水量，可直观进行浮力与水深无关的演示。

本实用新型采用的技术方案是：提供一种物理浮力实验装置，包括底座、浮力块、量筒；底座上连接有圆柱形透明的容器箱和滑动板；容器箱底部设置有排水口；排水口上安装有阀门；容器箱上部连通有倾斜设置的溢流管；与溢流管进口对应的位置，容器箱内安装有竖直向下与溢流管连通的导流管；滑动板在溢流口出水端口的下方，在底座上滑动，滑动板上放置有多个量筒，量筒接口与溢流管出口对应；容器箱内滑动密封连接有隔离板；隔离板外围为密封环；隔离板中部开有通孔；通孔内安装有电磁阀；隔离板侧边连接有两根拉线，拉线对称设置；容器箱侧壁上端安装有两个与拉线位置对应的导轮；拉线的另一端分别绕过对应的导轮，且连接有拉环；容器箱内填充有液体；浮力块在液体上漂浮；浮力块上端开有均匀分布的插接孔；插接孔内放置有砝码；所述的浮力块为边长已知的长方体，浮力块竖直的侧面上刻有刻度线。

进一步优化本技术方案，物理浮力实验装置的容器箱外壁上竖直方向刻有高度线。

进一步优化本技术方案，物理浮力实验装置的导流管内安装有电控阀。

本实用新型与传统浮力实验装置相比，其有益效果在于：

1、导流管竖直向下，与溢流管的进水口垂直，水流需从导流管下端进入然后从溢流管排出，可减少液体表面波动对液体溢流量造成的影响，使溢出液体的测量更加准确。在溢水口的出水端，并排设置多个量筒，方便于进行分段测量，并利用差值法记录数据进行实验，使实验更加准确。隔离板可将容器箱内部空间分割成上下两部分，且通过电磁阀控制连通，隔离板即为容器箱上部空间的底端，则可以通过拉线将隔离板提升高度，减少上部的水量，上下两部分通过电磁阀流通，内部水量总量没有变，液面高度不便，直观演示浮力与排出的水量有关而与水量或水深无关。浮力块上放置不同数量的砝码则可改变浮力块总体重量，配合差值法的记录，浮力块在液体中稳定后即为浮力与重力相等，浮力块重量可知，浮力块的边长均为定值，在浮力块的竖直面上设置刻度线，可直观观察到浮力块在液体中的浸入深度，同时可由长宽高辅助测定排出的水量，浮力块浸入液体中的体积即为排出的水量；量筒并排设置在滑动板上，方便于更换量筒，并将量筒有序排列与数据对应。

2、容器箱外壁上刻画高度线，方便于显示隔离板在容器箱内的高度，直观的观察和记录上部剩余水量；

3、导流管内安装电控阀，可电控导流管的导通与截止，在液体不稳定时，关闭电控阀，进一步控制液体波动造成的误差，提高排出水量的精确度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本使用新型分解结构示意图；

图3为本实用新型平面结构示意图；

图中，1、底座；2、浮力块；3、电控阀；4、容器箱；5、滑动板；6、排水口；7、阀门；8、溢流管；9、导流管；10、量筒；11、隔离板；12、密封环；13、通孔；14、电磁阀；15、拉线；16、导轮；17、拉环；18、液体；19、插接孔；20、砝码；21、刻度线；22、高度线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-3所示，物理浮力实验装置，包括底座1、浮力块2、量筒10；底座1上连接有圆柱形透明的容器箱4和滑动板5；容器箱4底部设置有排水口6；排水口6上安装有阀门7；容器箱4上部连通有倾斜设置的溢流管8；与溢流管8进口对应的位置，容器箱4内安装有竖直向下与溢流管8连通的导流管9；滑动板5在溢流口出水端口的下方，在底座1上滑动，滑动板5上放置有多个量筒10，量筒10接口与溢流管8出口对应；容器箱4内滑动密封连接有隔离板11；隔离板11外围为密封环12；隔离板11中部开有通孔13；通孔13内安装有电磁阀14；隔离板11侧边连接有两根拉线15，拉线15对称设置；容器箱4侧壁上端安装有两个与拉线15位置对应的导轮16；拉线15的另一端分别绕过对应的导轮16，且连接有拉环17；容器箱4内填充有液体18；浮力块2在液体18上漂浮；浮力块2上端开有均匀分布的插接孔19；插接孔19内放置有砝码20；所述的浮力块2为边长已知的长方体，浮力块2竖直的侧面上刻有刻度线21；容器箱4外壁上竖直方向刻有高度线22；导流管9内安装有电控阀3。

本实用新型在使用时，第一种实验方法为，在容器箱4内加入适量的液体18，使液体18的表面与溢流管8进水口齐平不再外溢，然后放入已测量重力的浮力块2，并利用一个量筒10接收溢出的液体18，为一个实验数据，并进一步放置砝码20进行试验；第二种实验方法，可舍弃第一个实验数据，有常识可知，在液面上放置一个物体时，与物体侧面接触的水会引起小高度的攀升，造成溢出的水量小于实际排开的水量，而当浮力块2侧面较长时，则对精确度造成影响，在放入液体18时，无需考虑液面是否与溢流管8进水口齐平，放入浮力块2后，将一定水量排出，稳定后，液面一定与溢流管8进水口齐平，然后放置砝码20进一步进行实验。放置砝码20进行实验时，液体18产生的浮力已经与浮力块2形成平衡，浮力块2仅为承载平台，推动滑动板5将上一次接溢流水量的量筒10移开，空的量筒10置于溢流管8对应的下方，准备接水计量，在浮力块2上依次放置不同数量的砝码20，每次均使用空的量筒10进行承接，每个量筒10内的水量即为两次相邻实验的排出水量的差值，相对应的重量差值为新加入的砝码20重量，由于量筒10内水量的读数采用最低液面估读的方式进行读数，若由两次估读结果进行减法运算得水量差值，则容易造成误差累积，同时不采用累积的重量与排水量进行记录，因为砝码20虽为已知重量或可测重量，但长期的使用，造成重量的改变，累积读数同样容易造成误差的累积，利用本实验装置进行差值法实验，结果较为精确。

演示浮力与水的深度无关时，利用隔离板11缩小容器箱4内上部的空间，降低上部空间液面高度，操作时，利用拉线15将隔离板11在容器箱4内提升，拉线15在两侧对称设置，以使在提升过程中，隔离板11能够稳定水平上升，在注入过程中，隔离板11的电磁阀14为打开状态，使容器箱4内上下两部分均充满液体18，在抬升隔离板11的过程中，电磁阀14依然打开，使上部空间的液体18进入到下部空间，隔离板11抬升而不抬升液面高度，仅是内部液体18从隔离板11上部空间流动到下部空间，上部空间的液体18高度降低水量减少，且没有气泡的体积占据，抬升的高度可由容器箱4外壁上的高度线22观察到，当抬升到一定高度后，关闭电磁阀14，则容器箱4分为分隔开的上下两部分，上部空间可直观演示出浮力与液体18深度无关。为直接消除下部空间水量在视觉上的影响，可直接由排水口6将下部空间液体18排出。

在记录溢出的水量时，既可通过量筒10内的液面读数记录溢出的水量，也可通过浮力块2侧面的刻度线21进行读取，计算浮力块2下沉的体积，从而得到排开水量的体积，由于浮力块2的底面积为定值，下沉体积大小仅与下沉深度有关，而深度可有刻度线21读取，因此刻度线21可直接与水量一一对应，无需再进行计算。刻度线21所对应的水量，可由长宽高计算，也可进行实验，由实际排出的水量对应的浮力块2侧面的液面高度一一刻画所得。

本实用新型溢出的经过导流管9再由溢流管8排出，导流管9下沉一定深度，可减少液体18表面波动的影响，在导流管9再增加安装电控阀3，则可在操作过程中，关闭电控阀3，关闭导流管9的流通，稳定后再打开电控阀3，将高出的液体18排出，在抬升隔离板11时，关闭电控阀3，可避免在抬升过程中造成的液面高度波动，而排出液体18。

所述的电控阀、电磁阀及其电路均为常规技术手段。