浮沉子原理

浮沉子实验

令狐采学

用以演示液体浮力、气体具有可压缩性以及液体对压强的传递的仪器。它是法国科学家笛卡尔（1596—1650）所创造。它是玻璃制的小瓶体，其下端开有小孔，水可通过小孔进出瓶体。把它放入高贮水筒中，并使之浮在水面上。用薄橡皮膜把筒口蒙住并扎紧，用手按橡皮膜，筒内的水和空气是在密闭的容器内。根据帕斯卡定律，当空气被压缩时，将压强传递给水，水被压入瓶体中，将瓶体中的空气压缩，这时浮沉子里进入一些水，它的重力增加，大于它受到的浮力，就向下沉。手离开橡皮膜，筒内水面上的空气体积增大，压强减小，浮沉子里面被压缩的空气把水压出来，此时浮沉子的重力小于它所受的浮力，因此它就向上浮。当手对橡皮膜施加的压力适当时，浮沉子便悬浮在水中的任意深度上。浮沉子的浮沉是在外加压强作用下，靠改变它的重力来实现的（体积不变）。潜水艇与浮沉子升降道理相同。

浮沉子实验形式多样。一般都是通过外部压强的变化，改变浮沉子内部气体的体积，从而达到控制其沉浮的目的。制作浮沉子要掌握两个要点：第一，浮沉子内部必须有一定量的气体(因固体、液体的体积不易随压强的变化而变化)；第二，要控制

好整个浮沉子的平均密度，使外界压强较小时，整个浮沉子的平均密度稍稍小于周围液体的密度。

帕斯卡定律

内容：密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递。

根据静压力基本方程(p=p0+ρgh),盛放在密闭容器内的液体，其外加压强p0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。

帕斯卡定律是流体力学中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递。帕斯卡首先阐述了此定律。压强等于作用压力除以受力面积。根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍，而两个活塞上的压强仍然相等。

这一定律是法国数学家、物理学家、哲学家布莱士·帕斯卡首先提出的。这个定律在生产技术中有很重要的应用，液压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途，如液压制动等。帕斯卡还发现静止流体中任一点的压强各向相等，即该点在通

过它的所有平面上的压强都相等。这一事实也称作帕斯卡原理。

可用公式表示为：

P1=P2即F1÷S1=F2÷S2

浮沉子帕斯卡定律

制作方法

器材1000ml透明有盖塑料瓶，中号滴管等。

操作(1)在滴管中吸入适量的水，使其恰好能浮在水面上(用手轻点滴管的橡皮头，滴管即会沉入水中，后又缓缓浮上。

(2)塑料瓶装满水后将滴管放入，然后盖紧瓶盖(尽量做到不漏气)。

(3)用力挤压塑料瓶，可看到滴管下沉。撤去压力，可看到滴管上浮。用力得当，可使滴管停止在水中某一位置。注意瓶中水尽量装得满一些，残留的气体越少，实验效果越好。

浮沉子的巧制妙用

装置图：废饮料瓶内水面浮一小玻璃药瓶,如下图

特点：我自制的浮沉子选用如图形状的饮料瓶，材料易得不花钱；组装容易；且能进行多种实验。实验现象新奇明显，趣味性强，实验效果良好。

用途：“浮沉子”在初中物理实验教学中，用于探索或验证物体的浮沉条件：先观察到小瓶漂浮在水面上，当用力压塑料瓶时，会看到小瓶中的水面上升到红线以上，说明进入小瓶中的水增多，小瓶和瓶内水的重力变大，当重力大于浮力时，小瓶沉入水底；松手后，小瓶又会浮上水面；适当用力时，也可使小瓶悬浮在水中。

妙用：

1．该浮沉子还可用于演示“奇妙的物理现象”：教师演示时先问：“这里有一个小瓶子浮在水面，你能不用任何工具叫小瓶子沉下去再浮起来吗？”学生感到很新奇，兴趣盎然。再说我有“气功”，我叫这里面的小瓶子沉下去它就沉下去，叫它浮上来它就浮上来，看：“沉——”（用力压塑料瓶，小瓶沉下），“浮——”（松手，小瓶浮上来）；我这瓶还是“魔瓶”小瓶在下沉时，先变大变长还会再变小。实验现象新奇明显，趣味性

强，实验效果良好。再说明其实这里面运用了物理知识，使学生初步感受物理现象的奇妙，激发其好奇心和求知欲。2．探究潜水艇的浮沉原理：通过适当用力压塑料瓶向小瓶（潜水艇水舱）中充水或松手向外排水来改变小瓶（潜水艇）的自重，从而使其下沉或上浮。

3．演示光的折射现象：当小瓶在塑料瓶的外侧时，会看到小瓶明显变大，或将塑料瓶放在字上，会看到瓶下的字变大且位置变高；小瓶在下沉时，先变大变长再变小。

4．演示气体压强与体积关系：当用力压塑料瓶时，瓶内气体体积变小压强变大，进入小瓶中的水增多，说明瓶内气体压强变大体积变小；松手后，小瓶内水量变少，说明了瓶内气体体积变大压强变小。