浮沉子的原理及制作(初中物理实验)

“浮沉子”的原理及制作没有实验的物理理论是空洞的，没有理论的实验是盲目的．正是实验家使理论家保持老老实实的态度．———物理学家帕格尔斯浮沉子原名“笛卡儿潜水器”，最早是由法国科学家笛卡儿(ReneDescartes，1596～1650)为了示范浮力定律而发明的．“浮沉子”也是八年级(下)物理教材中学习浮力后的一个课外小实验．浮沉子不仅是一个“好玩”的玩具，其中还包含着很多的物理知识!先让我们用身边的材料一起来做个浮沉子吧!开动脑!筋，相信你在整个过程中一定会学到很多课堂上学不到的东西．所需器材—个大饮料瓶(可乐瓶、雪碧瓶、纯净水瓶皆可)；浮沉子材料：小玻璃瓶、小药瓶、笔的外壳、笔套等一端开口、另一端密闭的小瓶(能放人大瓶中)；扎丝一段(细铁丝、细铜丝、细铅丝皆可)．制作方法1．在大瓶中装水至将满而未满的程度．2．在小瓶(如图1所示)开口端缠绕几圈细铁丝，让小瓶恰好能开口向下竖直浮在水面上，再在小瓶中装适量的水后将其倒扣(开口朝下)在大瓶的水中，小瓶中的水量需仔细调节，调节到小瓶能竖直浮在水中，且使之底部刚浮出水面为宜(露出水面的体积不能太大，如果浮沉子露出水面的体积太大，则实验时使它下沉所需的力就会越大)．拧紧大瓶瓶盖，这样浮沉子就做好了．浮沉子做好了，那我们就一起动手来做实验吧!用力挤压瓶子，我们可以看到小瓶下沉(如图3所示)；松手，就看到小瓶又浮起来了(如图2所示)．你可以随心所欲地控制它的浮沉，而且随着手对大瓶用力的力度变化，我们还能控制它悬浮在液体中的任一位置．那忽上忽下的神奇的浮沉子，很是有趣．有趣的同时，聪明的你一定会思考，这其中到底隐藏了怎样的奥秘呢?让我们一起来研究．让我们仔细观察一下浮沉子的核心部分——一个普通的小瓶，开口端缠绕细铁丝，内装适量的水．小瓶瓶口缠绕的一点铁丝是作为配重，起降低重心的作用，使小瓶能开口向下，竖直浮在水中．另外，小瓶下端是开口的，水可通过瓶口进出瓶体．当水流人瓶体时，浮沉子的重力(瓶和瓶中水总重)增加；当水流出瓶体时，浮沉子的重力减少．这与潜水艇的原理类似．再让我们仔细观察一下操作浮沉子的过程：在大瓶中装水至将满而未满的程度，将做好的浮沉子开口端向下放入瓶中，调整浮沉子刚能竖直浮出水面，拧紧瓶盖，浮沉子不下沉．由阿基米德原理可知，浮沉子能浮在水面上，是由于浮沉子所受的浮力和重力二力平衡的原因．用手挤压瓶子时，大瓶上部被封闭的空气体积减小(如图3所示)，在温度不变的情况下，这些气体的压强增大(波意耳定律)，这增大的压强传递给水(帕斯卡原理)，将水压入小瓶中(如图4所示)．浮沉子里进入一些水后，浮沉子的重力增大，浮沉子的重力大于它受到的浮力，它就会下沉．一旦松手，不挤压瓶子时，大瓶中被封闭的气体恢复到原来的体积，大瓶内气体的压强减小，而原来小瓶中被封闭的空气就将水从小瓶中压出去．流出一些水后的浮沉子重力减少，当浮沉子的重力小于它受到的浮力，浮沉子就向上浮．如果手用力恰当，使得浸没在水中的浮沉子所受的浮力与重力平衡，则浮沉子将悬浮在液体中的某一位置．现在你知道浮沉子是怎么一回事了吗?用你做的浮沉子和你的同学、朋友们做的浮沉子比一比，大家互相交流一下，相信你还会有新的收获!