浮力秤的制作及原理探究.pdf

浮力秤的制作及其原理探究 科学小白 在小学的时候我们就听说过 《曹冲称象》的故事，故事里的曹冲是多么的聪明，在本学期学习了浮 力之后我才明白他是怎么利用浮力原理来称量大象的重量的。而我们生活中称量质量都是利用杆秤,磅秤, 天平,弹簧秤,电子秤等。利用水的浮力称物体重量是多么有趣啊!我们现在就来利用身边的常见材料来制作 一个小的浮力秤吧！ 【准备材料】 矿泉水瓶，大的容器 （盆或者水槽等）、剪刀、刻度尺、钩码、被测物体 （硬币）、天平 （或者电子秤） [备注]电子称或者天平是为了验证浮力秤测量的准确性。 【原理分析】 浮力秤是利用物体在漂浮状态下静止时受力平衡，浮力等于重力的原理。所以此时总的浮力等于秤本身 与被测物体的总重。即被测物体的重力等于二者的总重力减去秤的重力。原理图如下： B 原理图 甲 乙 丙 1. 先用台秤称出甲图中小筒与秤盘的质量(图甲)。 2. 未放物体时，根据浮力原理，浮力秤小筒和秤盘的重力等于它们的浮力。即：G ρ gV 小筒此时 盘+筒 液 排A， 与液面接触的位置记做A.此时秤盘中未放物体，A点就为浮力秤的0刻度线位置。（图乙） 3. 把已知质量物体 （如钩码，质量为m,重力为M）放入秤盘中，容器中液面上升，小筒浸入的体积变大， 浮力也变大。此时小筒、秤盘、被测物体的总重等于总的浮力。即：G ρ gV 小筒此时与液面接触 盘+筒+码 液 排B，, 的位置记做B. （图丙） 4. 此时B处的刻度标记为M,然后用刻度尺测量出A、B两点间的距离，然后把这段距离平均分成n等份， 每一份为M/n。依次标出这段的刻度值。 5. 这样一个简单的浮力秤就做好了。 [解释]刻度均分的原因：根据浮力的原理G ρ gV ，G ρ gV 盘+筒 液 排A 盘+筒+码 液 排B， G ρ gV -ρ gV ρ g （V -V ） ρ gs△h，即：G ρ gs△h，式子中ρ 、g、s均为定值，所 码 液 排B 液 排A 液 排B 排A 液 码 液 液 以可以表示成：G k△h,即G 与△h成正比，所以刻度均匀。 码 码 ρ 液体密度 g 9.8N/kg s 小筒横截面积 液 【制作过程】 1. 找一个空矿泉水瓶，沿瓶身2/3的位置切掉，留下瓶身的圆柱体部分，制作成上面的小筒。 1 2.由于空瓶质量较轻重心较低，在称量物体时很难竖直立起来，所以可以在矿泉水瓶底部粘重物使其在水 中能够立起来。 3.固定好后把它放入水中，在瓶子与水面接触的地方用签字笔做下记号，此处就是0刻度线的位置。 0 刻度线 4.然后向其中加入 180ml水 （瓶未碰到盆底），并在此时瓶子与水面接触的地方做好标记，此处的刻度值就 是1.8N.(根据水的密度 1g/ml,180ml水质量为180g，重力为1.8N） 最大量程 5.把水倒出来，然后用刻度尺量出两次标记位置的距离，在准备好的纸带上量出相同的长度，然后把这段 距离平均分成18等份，每份就是0.1N，并在纸带上标出对应刻度，然后贴在瓶子内壁并与两条线对齐. 6.先后分别把5枚、10枚一元硬币放入瓶内，并保持瓶子在水中处于直立状态，并记录两次瓶子与水面接 触的位置刻度值。