专利名称：液体压强与浮体条件实验器的制作方法
技术领域：
本实用新型属中学、师范院校物理教学仪器。
迄今为止，“研究液体压强与深度关系”和“研究物体浮在液面条件”两个学生实验，教材分别安排以玻璃试管做载物筒，以沙做载物，让试管盛沙漂浮在盛液筒烧杯和量筒中做(见全国通用教材初中物理第一册第109和第143页)，都要求试管竖直漂浮，难度大，就连教师也难做成功。原因是一、沙的密度比玻璃小，试管盛沙后，整体重心往往高于浮心，致使试管易翻倒。
二、用角匙往试管中注沙，即使小心操作，也难做到各处沙厚薄一样，疏密均匀，难以实现各质量元对试管中心轴线对称，因此试管既使不倾倒，也要倾斜，造成碰触盛液筒壁，破坏了“重力与浮力”二力平衡原理。
三、一般试管壁厚，自重较大，而排水体积不大，最大排水重量与本身重量比不超过2，因此逐次增沙少，液面升高不显著，再加水的浸润现象干扰，给读数带来较大误差。
四、在研究液体压强与深度关系的实验中，应用刻度尺测试管露出液面高度，尺要贴近试管壁竖直悬置，不能触碰管壁尺端要刚好碰触水面，又不能深入水面，操作之难度，学生能力实难承受。稍不慎就会将处于不稳定平衡的试管碰倒。
五、传统的量筒刻度标在筒壁局部部位，不能供参加实验的学生同时围观读数。
另外教材中有关“载物”与“液面”问题，是浮体问题的深化，由于无实验仪器，实验做不了，造成教师难教，学生难学，也急待解决。
本实用新型的目的就针对上述不足，对现行两种实验装置加以改进，提供四种便于学生亲自操作，减小测量误差，易于实验成功的教学仪器。
本实用新型技术解决方案是一、一种研究液体压强的教学仪器，由载物筒、载物、盛液筒组成，其特殊之处在于载物筒是最大排水重量与本身重量之比至少大于3的平底柱形筒，载物是由铅、铜、铁等密度较大材料制成并能防偏定位的规则重块。
其特殊之处还在于载物筒壁至少具有一排指示筒浸没深度的刻度。
其特殊之处还在于载物筒与盛液筒之间具有能指示载物筒浸没深度的浮标。
二、一种用于研究浮体条件的教学仪器，由载物筒、载物、量筒组成，其特殊之处在于载物筒是最大排水重量与自身重量之比至少大于3的柱形筒，载物是由铅、铜、铁等密度较大材料制成并能防偏定位的规则重块。
其特殊之处还在于量筒的筒壁上至少具有一排以上表示盛液体积的刻度。
其特殊之处还在于载物筒与量筒之间具有指示量筒刻度的浮标。
其特殊之处还在于量筒具有调竖直放置结构，其结构由具可调螺栓的量筒底座、量筒内底面中心标记、重垂线及可定位在量筒口上重垂线悬挂架组成。
三、一种研究浮体条件的教学仪器，由载物筒、载物、盛液筒组成，其特殊之处在于载物筒是最大排水重量与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体积的刻度，载物是由铅、铜、铁等密度较大材料制成能防偏定位的规则重块，在载物筒与盛液筒之间具能指示载物筒刻度的浮标。
四、一种研究“载体”与“水面”问题的教学仪器，由载物筒、载物、量筒组成，其特殊之处在于载物筒是最大排水重量与本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒底下面中心具吊环，载物是铅、铜、铁等密度较大材料制成并能防偏定位的规则重块，以及载物是能防偏定位且能浮在水面上规则轻块，量筒是筒壁上至少具有一排以上表示盛液体积的刻度，在载物筒与量筒之间具有能指示量筒刻度的浮标，量筒具有调竖直结构，其结构由具可调螺栓的量筒底座、量筒内底面中心标记、重垂线及可定位在量筒口上的重垂线悬挂架组成。
本实用新型优点是载物筒重量轻，载规则重块，易实现竖直漂浮，无须调整，而且排水量大，逐次增重显著，辅以浮标助读，排除水的浸润现象对读数的影响，使测定更准确，易于学生亲手实验成功，从而开发学生智力，提高学生实验技能。
以下结合
本实用新型的实施。
图1为研究液体压强与深度关系的圆柱形平底载物筒示意图。
图2为挂钩示意图。
图3为圆柱形重块示意图。
图4为形状是环状的浮标示意图。
图5为透明盛液筒示意图。
图6为研究物体浮在液面条件量筒示意图。
图7为研究物体浮在液面条件圆柱形载物筒示意图。
图8为量筒底座示意图。
图9为重垂线及其悬挂架示意图。
图10为下底面具吊环圆柱形载物筒示意图。
图11为一种薄片状浮标示意图。
图12为一种轻块示意图。
图13为研究液体压强与深度关系整体装置示意图。
图14为研究物体浮在液面条件整体装置示意图。
图15为实验密度大于水的“载物”与“水面”问题示意图。
图16为实验密度小于水的“载物”与“水面”问题示意图。
载物筒最大排水重量与自身重量之比和规则重块密度越大，以及重块定位防偏，是使实验成功的关键。载物筒可用密度较小的材料如塑料做成体积较大薄壁筒，一般注塑筒“比值”最大可达10以上，吹塑筒更佳；也可用铝、铁、铜等金属材料制成容积大的薄壁筒，如合金铝质易拉罐筒最大“比值”可达20以上，铁质的也可达10以上。载物筒形状可为圆柱形，也可为正多棱柱形，图1、图7、图10只画出了圆柱形。载物重块可用铅、铁、铜等密度较大材料制成厚薄均匀、疏密均匀的规则整体块，也可用规则外皮盛密度大的金属颗粒制成，保证各质量元对中心轴线对称，放到载物筒底后，使整体重心远远降低到浮心以下，其形状可为圆柱块，如图3，也可为正多棱柱块。图12为一种形状能浮在水面上的载物轻块，也要保证各质量元对中心轴线对称。重块轻块上面设吊环，配合图2挂钩，可方便地放入或取出筒内。筒与重块之间的相互定位，可使重块的外围线度稍小于载物筒内围线度，重块可沿筒内壁滑放到筒底，使筒内壁与重块侧壁处处接触防偏定位；也可在载物筒内底面中心设凸，重块下底面中心设凹，凸与凹相互密合实现防偏定位，如载物筒1、13的2、14与重块5的7可相互定位。轻块的防偏定位措施与重块相同。载物筒1上标刻度，去掉了刻度尺的操作，降低了实验难度。载物筒1和量筒10的壁上标多排刻度，便于学生从不同角度同时读数。调整量筒竖直结构，即是调整量筒多排刻度表示某一读数的同一刻线与液面相平的结构，避免多个学生从不同角度同时所读排水体积数相差悬殊。量筒10内底面中心的标记，可为锥尖，也可为“十”字线，也可是色点，如量筒10中的12即为锥尖。量筒底座可独成一体，也可与量筒结为一体制作。
浮标可用密度小于水的材料，如纸质浸漆、聚丙塑料、泡沫塑料等制作，也可用一般金属材料制或封闭空心体。其形状可为各种形状薄片或其他规则体，只要保证浮在水面上，其上、下面或侧面环标线与液面相平行或重合即可。图4中8是环状薄片浮标，其内径稍大于载物筒外径，其外径稍小于盛液筒内径，其上下面可指示载物筒或量筒壁上刻度，又可控制载物筒在盛液筒中心漂浮，排除了水的浸润现象影响。图11是扇形浮标片，一套仪器可配数个。浮标的颜色为深色，以增大与液体反差对比度，便于读数。
以较精确测定为例，各叙述一个实验例1、测定液体压强与深度关系如图13，用挂钩4先将部分重块5放入载物筒1底部定位，套入浮标8，使载物筒1在盛有适量水的盛液筒9中竖直漂浮，读出浮标8上表面或下表面所指刻度3上的数值h1或h2，即可得出载物筒1浸没深度hh＝h1－d或h＝h2＋d，式中d为浮标露出水面高度，d对一定液体是个定值。逐次增加重块，连续作三次，得出每次浸入深度。载物筒1底每次所受水的压强，依p＝G／S得出，G是载物筒与重块重量，S为载物筒底面积。比较每次浸没深度与底面所受液体压强数值，即可得出液体压强与深度成正比的结论P＝p液gh。
2、测定物体浮在液面上条件(1)先调整量筒竖直将量筒10置于量筒底座15上，重垂线悬挂架18定位在量筒口，调整底座15的螺栓16，使重垂17的锥尖正对量筒10底面中心上锥尖12的尖端，量筒即为竖直位置。也可不用重垂线，在量筒10内倒入适量水，水面上漂浮浮标8，调整螺栓16，直至浮标8的上面或下面都指量筒刻度11上同一数值刻线，量筒即为竖直位置。调竖直后量筒及其底座不要再动。
(2)测定如图14，往量筒10中倒入适量水，放上浮标8，记下浮标8上表面或下表面所指量筒刻度读数V1，再把放入部分重块5的载物筒13，套入浮标8内，置于水中漂浮，读出浮标8上表面或下表面所指刻度读数V2，V2－V1即为第一次排水体积。逐次增重，就得出每次排水体积。据阿基米得定律可算出载物筒13每次所受浮力，载物筒及重块每次重量可由天平测其质量算出。比较每次浮力及重量，就可得出物体浮在液面条件是F浮＝G的结论。
3、测定不同密度“载物”与“水面”实验如图15，调竖直按实验2，载物筒改用下底面具悬挂吊环20的载物筒19，将重块5一部或全部由筒内移出悬挂到20上，平衡后，可见浮标8上表面或下表面与重块5未移出前所指量筒刻度相同，即水面既不上升也不下降。如将移出的重块一部或全部摘下吊环沉入水底，可见水面降低。如图16，按实验2装置，改用浮标21，先在载物筒13内放部分重块5，使其竖直漂浮，再放入数块轻块22增重使其下沉些，记下浮标21所指刻度，再取出轻块22浮在水面上，可见浮标21所指刻度不变，即验证了水面既不上升，也不下降。
权利要求1.一种研究液体压强的教学仪器，由载物筒、载物、盛液筒组成，其特征是载物筒是最大排水重量与本身重量之比至少大于3的平底柱形筒，载物是由铅、铜、铁等密度较大的材料制成并能防偏定位的规则重块。
2.根据权利要求1所述研究液体压强的教学仪器，其特征在于载物筒壁至少具有一排指示筒浸没深度的刻度。
3.根据权利要求1或2所述的研究液体压强的教学仪器，其特征在于载物筒与盛液筒之间具有能指示载物筒浸没深度的浮标。
4.一种研究浮体条件的教学仪器，由载物筒、载物、量筒组成，其特征是载物筒是最大排水重量与本身重量之比至少大于3的柱形筒，载物是由铅、铜、铁等密度较大的材料制成并能防偏定位的规则重块。
5.根据权利要求4所述研究浮体条件的教学仪器，其特征在于量筒的筒壁上至少具有一排以上表示盛液体积的刻度。
6.根据权利要求4或5所述研究浮体条件的教学仪器，其特征在于载物筒与量筒之间具有能指示量筒刻度的浮标。
7.根据权利要求4或5所述研究浮体条件的教学仪器，其特征在于量筒具有调竖直放置的结构，其结构由具可调螺栓的量筒底座、量筒内底面中心标记、重垂线及可定位在量筒口上重垂线悬挂架组成。
8.根据权利要求6所述研究浮体条件的教学仪器，其特征在于量筒具有调竖直放置的结构，其结构由具可调螺栓的量筒底座、量筒内底面中心标记、重垂线及可定位在量筒口上重垂线悬挂架组成。
9.一种研究浮体条件的教学仪器，由载物筒、载物、盛液筒组成，其特征是载物筒是最大排水重量与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体积的刻度，载物是由铅、铜、铁等密度较大材料制成的能防偏定位的规则重块，在载物筒与盛液筒之间具能指示载物筒刻度的浮标。
10.一种研究“载体”与“水面”问题教学仪器，由载物筒、载物、量筒组成，其特征是载物筒是最大排水重量与本身重量之比至少大于3的柱形筒，筒底下面中心具吊环，载物是用铅、铜、铁等密度较大材料制成并能防偏定位的规则重块，以及能防偏定位且能浮在水面上规则轻块，量筒是筒壁上至少具一排以上表示盛液体积的刻度，在载物筒与量筒之间具有能指示量筒刻度的浮标，量筒具有调竖直结构，其结构由具可调螺栓的量筒底座、量筒内底面中心标记、重垂线及可定位在量筒口上重垂线悬挂架组成。
专利摘要本实用新型属中学、师范院校物理仪器，由载物筒、载物、浮标及盛液筒等组成。载物筒是排水体积大重量轻的薄壁平底柱形筒，载物是由铅等密度较大的材料制成并能防偏定位的规则重块，载物筒载物后无须调整，就能竖直漂浮液体中，同时辅以浮标助读，排除水的浸润现象对测定干扰。所以应用此教学仪器做“液体压强与深度关系”、“物体浮在液面条件”实验，误差小，适易学生亲自动手。
文档编号G09B23/00GK2147609SQ9222996
公开日1993年11月24日 申请日期1992年8月9日 优先权日1992年8月9日
发明者耿永喜 申请人:耿永喜