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應(yīng)用浮力 制作模型
湖北 文久江
上課時(shí)，通過(guò)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(shuō)：“我們也來(lái)制作一個(gè)吧！”她的建議得到了大家的一致同意。
說(shuō)干就干，大家首先開(kāi)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?yàn)橄鹌つ嗟拿芏缺人?，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?lái)把橡皮泥捏成船狀放入水中，采用了 ① 方法增大了排開(kāi)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(méi)有下沉。
假如實(shí)驗(yàn)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(qǐng)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(gè)注射器、一根塑料吸管、橡皮塞和一個(gè)水槽。
大家制作了一個(gè)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(jìn)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(jìn)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(shí)，讓進(jìn)、排水管剛好浸在水面以下，此時(shí)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(dòng)活塞，讓水進(jìn)入到試管中以增加重力，當(dāng)潛水艇模型完全浸沒(méi)在水中時(shí)，停止拉動(dòng)活塞，讓潛水艇模型處于懸浮狀態(tài)，此時(shí)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(méi)時(shí)，潛水艇排開(kāi)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(shí)，潛水艇模型會(huì)繼續(xù)下沉；反之，向內(nèi)推注射器活塞，水會(huì)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(shí)，潛水艇會(huì)上浮。通過(guò)這個(gè)制作及演示，大家明白了潛水艇浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力是不變的，因?yàn)閂
4、排始終未變，而是通過(guò)改變自身重力進(jìn)而改變浮力和重力的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)下潛、懸浮和上浮的。
還可以制作一個(gè)什么呢？楊柳說(shuō)課外資料上多次提到密度計(jì)，能否也制作一個(gè)密度計(jì)呢？
曉東按資料上的說(shuō)法找來(lái)小試管、螺母和細(xì)線制作一個(gè)如圖所示的測(cè)量液體密度的“密度計(jì)”。
把密度計(jì)先后放入水和酒精中，“密度計(jì)”均處于漂浮狀態(tài)，可見(jiàn)密度計(jì)是利用漂浮時(shí)物體受到的浮力等于自身重力的原理制成的。
在密度計(jì)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(cè)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(duì)應(yīng)的關(guān)系。請(qǐng)你幫助他們分析一下，刻線b對(duì)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?yàn)楦×κ冀K相等，當(dāng)液體密度增大時(shí)，排開(kāi)液體的體積會(huì)變小，密度計(jì)在酒精中的體積大于在水中的體積，所以刻度b對(duì)應(yīng)的是 ⑤ 。
接著他們把這個(gè)“土密度計(jì)”放入另一種足夠多的液體中，在密度計(jì)上記下了液面所在的位置c，用刻度尺測(cè)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(qǐng)你和他們一起來(lái)分析：
無(wú)論在哪種液體中，密度計(jì)都是漂浮的，受到的浮力相等，都等于密度計(jì)自身重力，故有：
F浮=ρ水gVb=ρ酒精gVa=ρ液gVC
密度計(jì)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(jì)放入另一種液體中時(shí)，有：ρ水gSh=ρ液gS(h-0.01m)
將已知量代入計(jì)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
