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應(yīng)用浮力 制作模型
湖北 文久江
上課時，通過投影觀看到別班的同學(xué)做的船和潛水艇模型，大家心里很羨慕。章麗說：“我們也來制作一個吧！”她的建議得到了大家的一致同意。
說干就干，大家首先開始“造船”。
課本上“想想做做”中采用的材料是橡皮泥，大家決定照做。首先把橡皮泥直接放入水中，因為橡皮泥的密度比水要大，直接放入水中后沉了下去。而把橡皮泥捏成碗形，可以看到橡皮泥漂浮在水面，原來把橡皮泥捏成船狀放入水中，采用了 ① 方法增大了排開水的體積，從而增大可利用的浮力，在船上放一支鉛筆居然沒有下沉。
假如實驗使用的是一塊質(zhì)量為80g的橡皮泥
2、，當(dāng)船漂浮在水面上，橡皮泥受到的浮力是多大呢？請你幫助算一下(g取10N/kg)， ② 。
接著制造潛水艇。選用的器材有：一只試管、一段細(xì)鐵絲、一段橡膠管、一個注射器、一根塑料吸管、橡皮塞和一個水槽。
大家制作了一個如圖1所示的潛水艇模型：由于試管右端裝有橡皮塞，接有進水管和膠管，導(dǎo)致試管左邊輕右邊重，為了保持試管水平平衡，在試管的左端繞上了一些細(xì)鐵絲。
圖1
放入水中前讓試管進入一部分水，將注射器的活塞推至最左端，當(dāng)潛水艇放入水時，讓進、排水管剛好浸在水面以下，此時潛水艇漂浮在水面上，受到的浮力等
3、于其重力；要使其下沉，則需要增加其重力，因此向右拉動活塞，讓水進入到試管中以增加重力，當(dāng)潛水艇模型完全浸沒在水中時，停止拉動活塞，讓潛水艇模型處于懸浮狀態(tài)，此時潛水艇受到的浮力也等于其重力。
當(dāng)潛水艇模型完全浸沒時，潛水艇排開水的體積不變，由F浮=ρ水gV排可知，其受到的浮力不變，繼續(xù)利用注射器活塞向外抽氣，將一部分水吸入到試管內(nèi)，增大潛水艇的重力，當(dāng)潛水艇的重力 ③ 浮力時，潛水艇模型會繼續(xù)下沉；反之，向內(nèi)推注射器活塞，水會被壓出試管，模型的自身重力減小，當(dāng)潛水艇模型的重力 ④ 其受到的浮力時，潛水艇會上浮。通過這個制作及演示，大家明白了潛水艇浸沒在水中時受到的浮力是不變的，因為V
4、排始終未變，而是通過改變自身重力進而改變浮力和重力的關(guān)系來實現(xiàn)下潛、懸浮和上浮的。
還可以制作一個什么呢？楊柳說課外資料上多次提到密度計，能否也制作一個密度計呢？
曉東按資料上的說法找來小試管、螺母和細(xì)線制作一個如圖所示的測量液體密度的“密度計”。
把密度計先后放入水和酒精中，“密度計”均處于漂浮狀態(tài)，可見密度計是利用漂浮時物體受到的浮力等于自身重力的原理制成的。
在密度計上面標(biāo)出了兩種液體中液面所在的位置a和b（如圖3），用刻度尺測量出a和b之間的距離是1cm，但他們都忘記了刻線跟液體對應(yīng)的關(guān)系。請你幫助他們分析一下，刻線b對應(yīng)的是什么物質(zhì)。
5、 圖3
分析：由浮力公式F浮=ρ水gV排可知，因為浮力始終相等，當(dāng)液體密度增大時，排開液體的體積會變小，密度計在酒精中的體積大于在水中的體積，所以刻度b對應(yīng)的是 ⑤ 。
接著他們把這個“土密度計”放入另一種足夠多的液體中，在密度計上記下了液面所在的位置c，用刻度尺測量出c和b之間的距離也是1cm，則這種液體的密度為多少呢？請你和他們一起來分析：
無論在哪種液體中，密度計都是漂浮的，受到的浮力相等，都等于密度計自身重力，故有：
F浮=ρ水gVb=ρ酒精gVa=ρ液gVC
密度計上方粗細(xì)均勻，設(shè)其橫截面積為S，在水中的深度為h，在酒精中的深度為h1，則由ρ水gVb=ρ酒精gVa 有：ρ水gSh=ρ酒精gSh1
推導(dǎo)有：ρ水gSh=ρ酒精gS(h+0.01m)，將水的密度和酒精的密度代入，可求得h=4cm。
將密度計放入另一種液體中時，有：ρ水gSh=ρ液gS(h-0.01m)
將已知量代入計算得：ρ液= ⑥ g/cm3。
參考答案：①空心 ②0.8N ③大于 ④小于 ⑤水 ⑥1.33
應(yīng)用浮力 制作模型
