• 浮力秤的制作及其原理探究

在小學的時候我們就聽說過《曹沖稱象》的故事，故事裡的曹沖是多麼的聰明，在本學期學習了浮力之後我才明白他是怎麼利用浮力原理來稱量大象的重量的。而我們生活中稱量質量都是利用杆秤,磅秤,天平,彈簧秤,電子秤等。利用水的浮力稱物體重量是多麼有趣啊!我們現在就來利用身邊的常見材料來制作一個小的浮力秤吧！

【準備材料】

礦泉水瓶，大的容器（盆或者水槽等）、剪刀、刻度尺、鈎碼、被測物體（硬币）、

天平（或者電子秤）

[備注]電子稱或者天平是為了驗證浮力秤測量的準确性。

【原理分析】

浮力秤是利用物體在漂浮狀态下靜止時受力平衡，浮力等于重力的原理。所以此時總的浮力等于秤本身與被測物體的總重。即被測物體的重力等于二者的總重力減去秤的重力。原理圖如下：

原理圖

1. 先用台秤稱出甲圖中小筒與秤盤的質量(圖甲)。

2. 未放物體時，根據浮力原理，浮力秤小筒和秤盤的重力等于它們的浮力。即：G盤 筒=ρ液gV排A，小筒此時與液面接觸的位置記做A.此時秤盤中未放物體，A點就為浮力秤的0刻度線位置。（圖乙）

3. 把已知質量物體（如鈎碼，質量為m,重力為M）放入秤盤中，容器中液面上升，小筒浸入的體積變大，浮力也變大。此時小筒、秤盤、被測物體的總重等于總的浮力。即：G盤 筒 碼=ρ液gV排B，,小筒此時與液面接觸的位置記做B.（圖丙）

4. 此時B處的刻度标記為M,然後用刻度尺測量出A、B兩點間的距離，然後把這段距離平均分成n等份，每一份為M/n。依次标出這段的刻度值。

5. 這樣一個簡單的浮力秤就做好了。

[解釋]刻度均分的原因：根據浮力的原理G盤 筒=ρ液gV排A，G盤 筒 碼=ρ液gV排B，

G碼=ρ液gV排B-ρ液gV排A=ρ液g（V排B-V排A）=ρ液gs△h，即：G碼=ρ液gs△h，式子中ρ液、g、s均為定值，所以可以表示成：G碼=k△h,即G碼與△h成正比，所以刻度均勻。

ρ液-----液體密度 g-----9.8N/kg s---- 小筒橫截面積

【制作過程】

1. 找一個空礦泉水瓶，沿瓶身2/3的位置切掉，留下瓶身的圓柱體部分，制作成上面的小筒。

材料

2.由于空瓶質量較輕重心較低，在稱量物體時很難豎直立起來，所以可以在礦泉水瓶底部粘重物使其在水中能夠立起來。

組裝

3. 固定好後把它放入水中，在瓶子與水面接觸的地方用簽字筆做下記号，此處就是0刻度線的位置。

找0刻度

4.然後向其中加入180ml水（瓶未碰到盆底），并在此時瓶子與水面接觸的地方做好标記，此處的刻度值就是1.8N.(根據水的密度1g/ml,180ml水質量為180g，重力為1.8N）

最大量程

5.把水倒出來，然後用刻度尺量出兩次标記位置的距離，在準備好的紙帶上量出相同的長度，然後把這段距離平均分成18等份，每份就是0.1N，并在紙帶上标出對應刻度，然後貼在瓶子内壁并與兩條線對齊.

劃分刻度

6.先後分别把5枚、10枚一元硬币放入瓶内，并保持瓶子在水中處于直立狀态，并記錄兩次瓶子與水面接觸的位置刻度值。

測量硬币

7.把剛才的硬币拿出來通過電子秤稱量，得出硬币的實際質量。再與浮力秤秤出的結果進行比較，以驗證準确性。

驗證

8.浮力秤測量結果0.6牛，故10枚硬币質量大約60克。而電子秤稱量結果為61克，兩者存在一定誤差。

【反思與評價】

收獲：

（1）本實驗是利用浮力原理測量硬币的質量，加深了我對浮力知識的理解。

（2）通過簡單的材料和儀器測量物體的質量，材料簡單、操作簡便、可操作性強，提高了我的動手能力。

不足：

（1）本實驗中需要測量的物理量比較多，每一次測量和操作中都會産生誤差。另外瓶子本身也不是嚴格的圓柱體，導緻最後的測量結果存在一定的誤差。

（2）由于瓶子底部不平且底面積小，在測量其他物體時，重心升高導緻瓶子難以保持豎直狀态，無法讀數。（3）量程較小，無法稱量較重和密度小（放入後中心升高容易倒）的物體。

放入充電頭後 傾倒

【如何改進】

選用底面積較大且平底的圓柱形容器，在有條件的情況下選砝碼作為标準物，标記刻度值。同時用托盤天平稱量驗證最後結果，以便提高準确性和可信度。

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