浮沉子的实验原理

探究浮沉子实验冯婷婷摘要：通过了解浮沉子的历史，学习该实验的原理，进行一定的理论分析和知道浮沉子装置在生活中的应用，从而全面深入地学习浮沉子实验。

关键词：浮沉子实验实验原理理论分析潜水艇一、实验装置浮沉子实验是用以演示液体浮力、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。

（1）笛卡尔浮沉子最原始的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。

其后，制作了各种各样的浮沉子装置，如吸管浮沉子、气球浮沉子、旋转浮沉子、温度浮沉子等等。

（2）吸管浮沉子吸管浮沉子的实验装置是在大塑料瓶子内装满水，留有少许空气；将吸管对折，挂上若干回形针（浮沉子）放入瓶内，盖上瓶盖，用手挤压瓶身。

用吸管制作浮沉子材料简单。

可以通过改变吸管的长短和回形针的数目来改变浮沉子的自身重力，从而可以更好地控制其在水中的沉浮情况。

同时也可以改变浮沉子的形状，达到美观的效果。

（3）温度浮沉子一种物理教学用的演示仪器感温浮沉子（又称“密度棒”），为一体积固定的柱形封闭容器，由上容器和下容器构成，其特征在于下容器的底壁较上容器的顶壁厚，构成上轻下重的浮沉子。

温度发生变化时，改变浮沉状态。

二、实验原理根据帕斯卡定律，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）。

吸管浮沉子中挤压瓶身，浮沉子下沉；松开瓶身，浮沉子上浮；以一定的力度挤压瓶身，浮沉子悬浮瓶内任意位置。

浮沉子的原理
原理：
浮沉子(又叫笛卡兒潛水艇)的沉浮原理，便是控制壓力的變化，利用浮沉子和水「密度」的差異，造成或沉或浮的效果。

◆浮沉子露出水面的體積小，操作起來比較不費力；浮沉子的內部空間
愈大、瓶內水裝的越滿，則越容易操控。

其他也可以利用溫度變化、化
學反應來造成壓力變化。

◆浮沈子的浮沈涉及浮力原理、液壓傳達、氣體定律、流體密度、力的
平衡、恢復力矩及能量轉移等多項概念(含帕斯卡原理、波以耳定律)，甚至可討論溫度的影響及水蒸氣分壓的存在，既能作定性討論，又可行
定量探究。

用手指輕輕擠壓瓶子的寬邊部分時，手所施的壓力使浮沉玩偶內部空氣的體積受到壓縮，瓶內少許的水進入浮沉玩偶中，所以下沉。

浮沉玩偶沉入瓶底後，水所造成的壓力取代手所施的壓力，浮沉玩偶內部空氣的壓力不足以將水排出，因此即使手不再擠壓瓶子，浮沉玩偶依然會沉於瓶底而不上浮。

此時，若用手指輕輕擠壓瓶子的窄邊部分，瓶內水面上方空氣柱的體積略增，則壓力略減，浮沉玩偶內部空氣的壓力會將水排出，浮沉玩偶
的重量減輕，浮沉玩偶反而會上浮。

۞相關資訊和圖解說明：
心得感想：
做浮沉子的時候，我好期待喔！但我做第一次時竟然失敗了，我也不知道是什麼原因，所以我就去問老師，老師就跟我說浮沉子的重量不夠太輕了，我就趕快跑去改，改完後老師說妳做對了，我就很開心的跑回去試，結果真的成功了！希望下次能再做到這嘛好玩的實驗，希望一樣也能成功，也謝謝老是讓我們做這
麼好玩的實驗，謝謝。

浮沉子实验原理
很多初中生朋友们甚至在小学时代就看到过这种“浮沉子”物理实验，其实浮沉子有很多种类，网络上关于浮沉子的视频有很多，文中这个画面就是其中最常见的一种，当我们把两个“浮沉子”放在一起后，然后近距离仔细观察，就能发现其中的秘密，相应的物理原理也就迎刃而解！
其实，任何形式的“浮沉子”所利用的物理原理都是同一种：“物体的浮沉条件”！
就本文中的这种浮沉子而言，通常有两种解释。

我们说其中的一种更易理解的物理解释：
要使物体上浮或者下沉，要么改变物体的重力，要么改变物体所受到的浮力，比如说大多数鱼类都是依靠改变自身体积，从而改变自己所受到的浮力，来实现浮沉的。

而水下的各类艇，都是依靠改变自身重力，从而实现浮沉的。

本文中的浮沉子呢，我们以小瓶和内部的气体、水，三者整体为一个研究对象，则此研究对象是在变化的。

当我们用力捏大瓶时，内部气体被压缩，气体压强变大，导致一部分水被压入浮沉子中，从而使研究对象重力变大，大于浮力后就会下沉！
松开手后，内部气体体积变大，气体压强变小，一部分水会流出浮沉子，从而使研究对象重力变小，小于浮力后就会上浮！（注意，浮沉子的下面小孔是内外相通的！）。

关于“浮沉子”原理的探究
1.“浮沉子”结构：
矿泉水瓶、水、浮沉子（由吸管、回形针组成）
2.现象：
1.初状态：浮沉子悬浮在水面上
2.挤压瓶子：浮沉子下沉（挤压的压力越大、浮沉子下沉速度越快）
3.挤压压力适中时：浮沉子悬浮在水面上
4.由挤压到松开：浮沉子又浮到水面上
3.分析:
涉及物理过程：
1.挤压压力变化过程
2.瓶内压强变化过程
3.浮沉子体积变化过程（浮力变化过程）
4.浮沉子上浮、悬浮、下沉过程
压强分析：
挤压瓶子，瓶内压强变大，吸管体积变小，浮力变小
浮沉子悬浮与下沉分析：
涉及浮沉受力的合力方向的问题，浮沉子收到重力和浮力
当：
1.压力等于重力（浮沉子浮在水面上或悬浮在液体中）
2.浮力小于重力（浮沉子下沉）
3.重力比浮力大得越多下沉速度越大。

沉浮子实验的原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊沉浮子实验的原理。

你们看啊，这沉浮子就像是个会变魔法的小玩意儿。

一个小小的瓶子或者其他什么容器，里面装上适量的水，再放个比水稍微重那么一点点的东西进去，嘿，它就能在水里上上下下的，可有意思啦！
这到底是咋回事呢？其实啊，就跟咱生活中的好多事儿一样，有它内在的道理呢。

你想啊，当我们挤压瓶子的时候，瓶子里的水压就会变大，那沉浮子里面的空气就被压缩了呀，体积变小，整体的比重就变大了，于是它就乖乖地沉下去啦。

反过来呢，我们一松手，水压减小，空气又膨胀开来，沉浮子整体变轻了，不就又浮起来了嘛！这多像我们有时候的心情啊，压力大的时候感觉沉甸甸的，放松下来就又变得轻快啦！
就好比我们走路，有时候遇到上坡路，就感觉脚步沉重，就像沉浮子被压下去一样。

但等走过了这段坡路，到了平地上，不就又轻松自在了嘛，就像沉浮子又浮起来了。

做沉浮子实验的时候，我们还可以有各种创意呢！可以换不同形状的容器，看看沉浮子的表现是不是一样；可以改变沉浮子里面的东西，看会不会有不同的效果。

这就好像我们平时尝试不同的事情，总会有新的发现和乐趣。

而且啊，这个实验还能让我们明白一个重要的道理。

那就是很多事情并不是一成不变的，就像沉浮子会根据我们的操作而改变状态一样。

我们在生活中也不能总是用一种眼光去看待问题，要学会灵活应变，根据不同的情况做出不同的反应。

你们说，这沉浮子实验是不是特别神奇又有趣？它让我们看到了小小的现象背后蕴含着大大的道理。

所以啊，别小看了这些看似简单的实验，它们可都是知识的宝藏呢！让我们通过这些实验，去探索更多的未知，发现更多的奇妙之处吧！。

吸管浮沉子的原理简短
吸管浮沉子是一种利用浮力原理实现的自动调节液位的装置。

它由一根吸管和一个浮沉子组成。

当液体进入吸管时，液体的重力作用使得液位上升，浮沉子随之上浮。

上浮的浮沉子通过与吸管连接的机械装置（如连杆、链条等）传递上升运动，从而通过某种机制（如阀门、开关等）控制液位。

当液体排空或消耗时，浮沉子失去浮力，受到自身重力的作用下沉。

沉下的浮沉子同样通过机械装置传递下降运动，以便及时关闭液体供应或报警。

吸管浮沉子利用了液体中的浮力原理，通过浮沉子的上升和下降运动，实现对液位的自动调节。

这种原理简单且可靠，广泛应用于各种液位控制装置中，如水箱补水装置、沉水泵控制等。

“浮沉子”的原理及制作没有实验的物理理论是空洞的，没有理论的实验是盲目的．正是实验家使理论家保持老老实实的态度．———物理学家帕格尔斯浮沉子原名“笛卡儿潜水器”，最早是由法国科学家笛卡儿(Rene Descartes，1596～1650)为了示范浮力定律而发明的．“浮沉子”也是八年级(下)物理教材中学习浮力后的一个课外小实验．浮沉子不仅是一个“好玩”的玩具，其中还包含着很多的物理知识!先让我们用身边的材料一起来做个浮沉子吧!开动脑!筋，相信你在整个过程中一定会学到很多课堂上学不到的东西．所需器材—个大饮料瓶(可乐瓶、雪碧瓶、纯净水瓶皆可)；浮沉子材料：小玻璃瓶、小药瓶、笔的外壳、笔套等一端开口、另一端密闭的小瓶(能放人大瓶中)；扎丝一段(细铁丝、细铜丝、细铅丝皆可)．制作方法1．在大瓶中装水至将满而未满的程度．2．在小瓶(如图1所示)开口端缠绕几圈细铁丝，让小瓶恰好能开口向下竖直浮在水面上，再在小瓶中装适量的水后将其倒扣(开口朝下)在大瓶的水中，小瓶中的水量需仔细调节，调节到小瓶能竖直浮在水中，且使之底部刚浮出水面为宜(露出水面的体积不能太大，如果浮沉子露出水面的体积太大，则实验时使它下沉所需的力就会越大)．拧紧大瓶瓶盖，这样浮沉子就做好了．浮沉子做好了，那我们就一起动手来做实验吧!用力挤压瓶子，我们可以看到小瓶下沉(如图3所示)；松手，就看到小瓶又浮起来了(如图2所示)．你可以随心所欲地控制它的浮沉，而且随着手对大瓶用力的力度变化，我们还能控制它悬浮在液体中的任一位置．那忽上忽下的神奇的浮沉子，很是有趣．有趣的同时，聪明的你一定会思考，这其中到底隐藏了怎样的奥秘呢?让我们一起来研究．让我们仔细观察一下浮沉子的核心部分——一个普通的小瓶，开口端缠绕细铁丝，内装适量的水．小瓶瓶口缠绕的一点铁丝是作为配重，起降低重心的作用，使小瓶能开口向下，竖直浮在水中．另外，小瓶下端是开口的，水可通过瓶口进出瓶体．当水流人瓶体时，浮沉子的重力(瓶和瓶中水总重)增加；当水流出瓶体时，浮沉子的重力减少．这与潜水艇的原理类似．再让我们仔细观察一下操作浮沉子的过程：在大瓶中装水至将满而未满的程度，将做好的浮沉子开口端向下放入瓶中，调整浮沉子刚能竖直浮出水面，拧紧瓶盖，浮沉子不下沉．由阿基米德原理可知，浮沉子能浮在水面上，是由于浮沉子所受的浮力和重力二力平衡的原因．用手挤压瓶子时，大瓶上部被封闭的空气体积减小(如图3所示)，在温度不变的情况下，这些气体的压强增大(波意耳定律)，这增大的压强传递给水(帕斯卡原理)，将水压入小瓶中(如图4所示)．浮沉子里进入一些水后，浮沉子的重力增大，浮沉子的重力大于它受到的浮力，它就会下沉．一旦松手，不挤压瓶子时，大瓶中被封闭的气体恢复到原来的体积，大瓶内气体的压强减小，而原来小瓶中被封闭的空气就将水从小瓶中压出去．流出一些水后的浮沉子重力减少，当浮沉子的重力小于它受到的浮力，浮沉子就向上浮．如果手用力恰当，使得浸没在水中的浮沉子所受的浮力与重力平衡，则浮沉子将悬浮在液体中的某一位置．现在你知道浮沉子是怎么一回事了吗?用你做的浮沉子和你的同学、朋友们做的浮沉子比一比，大家互相交流一下，相信你还会有新的收获!。

自制实验教具说明书
物体浮沉条件——浮沉子的制作
器材：一个矿泉水瓶，一只小试管，一块红色橡皮和适量的水。

使用方法及现象：一块红色橡皮塞入小试管顶部，并将试管倒插入装满水的矿泉水瓶中，使其漂浮在水面，然后将瓶盖子盖紧。

从瓶子外用力挤压，会看到小试管下沉，松手小试管又上浮。

实验效果：学生很是惊讶，极力想着小试管为什么就会自如的上下呢？教师可以由此提出改变物体浮沉条件的方法有哪些问题。

原理：以小试管为物体，挤压瓶子时，水会更多的进入试管中，试管内空气柱体积减小，其浮力也就减小了，小试管重力大于浮力而下沉。

人造雪景
器材：一只烧瓶，铁架台，酒精灯，樟脑丸，柏树枝。

使用方法及现象：樟脑丸放入烧瓶并加热，使用之产生大量的樟脑蒸汽，然后撤去酒精灯并将柏树枝放入烧瓶中（悬空），过一段时间，取出柏树枝，会看到柏树枝上布满很多的白色晶体，很像积雪。

实验效果：“哇！”学生不由得惊叹，自然就想了：雪从哪里来？教师可以说明这就是凝华现象。

这个实验，不仅一下子就把握住学生的注意力，还能由此引出本堂课的课题，收到很好的引入课堂的效果。

原理：樟脑蒸汽遇到温度更低的柏树枝放热凝华。

小孔成像
器材：两个金属杯（一个钻个小孔，另一个钻个心形大孔），两根皮筋，两面白纸
使用方法及现象：在灯光较暗处，用点着的蜡烛作为光源，放在小孔前，在白纸上能看到透过小孔的光，成倒立的烛焰的像。

当光透过心形大孔时，我们却在白纸上看到一个心形的图形。

实验还可以验证小孔成像大小与物体到小孔的距离的关系。

实验效果：实验不仅用“心”吸引了学生的注意到“像”的变化，也能激发他们对这一变化的科学道理的思考。

原理：小孔成像。

浮重子真验之阳早格格创做用以演示液体浮力、气体具备可压缩性以及液体对于压强的传播的仪器.它是法国科教家笛卡我（1596—1650）所创制.它是玻璃制的小瓶体，其下端启有小孔，火可通过小孔出进瓶体.把它搁进下贮火筒中，并使之浮正在火里上.用薄橡皮膜把筒心受住并扎紧，用脚按橡皮膜，筒内的火战气氛是正在稀关的容器内.根据帕斯卡定律，当气氛被压缩时，将压强传播给火，火被压进瓶体中，将瓶体中的气氛压缩，那时浮重子里加进一些火，它的重力减少，大于它受到的浮力，便背下重.脚离启橡皮膜，筒内火里上的气氛体积删大，压强减小，浮重子内里被压缩的气氛把火压出去，此时浮重子的重力小于它所受的浮力，果此它便进取浮.当脚对于橡皮膜施加的压力适合时，浮重子便悬浮正在火中的任性深度上.浮重子的浮重是正在中加压强效率下，靠改变它的重力去真止的（体积没有变）.潜火艇取浮重子降落讲理相共.浮重子真验形式百般.普遍皆是通过中部压强的变更，改变浮重子内里气体的体积，进而达到统制其重浮的脚段.创制浮重子要掌握二个重心：第一，浮重子内里必须有一定量的气体(果固体、液体的体积没有简单随压强的变更而变更)；第二，要统制佳所有浮重子的仄衡稀度，使中界压强较小时，所有浮重子的仄衡稀度稍稍小于周围液体的稀度.帕斯卡定律真质：稀关液体上的压强，不妨大小没有变天背各个目标传播.根据静压力基础圆程(p=p0+ρgh),衰搁正在稀关容器内的液体，其中加压强p0爆收变更时，只消液体仍脆持其本去的停止状态没有变，液体中任一面的压强均将爆收共样大小的变更. 那便是道，正在稀关容器内，施加于停止液体上的压强将以等值共时传到各面.那便是静压传播本理或者称帕斯卡本理.帕斯卡定律是流体力教中，由于液体的震动性，启关容器中的停止流体的某一部分爆收的压强变更，将大小没有变天背各个目标传播.帕斯卡最先叙述了此定律.压强等于效率压力除以受力里积.根据帕斯卡定律，正在火力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必然正在另一个活塞上爆收相共的压强删量.如果第二个活塞的里积是第一个活塞的里积的10倍，那么效率于第二个活塞上的力将删大为第一个活塞的10倍，而二个活塞上的压强仍旧相等.那一定律是法国数教家、物理教家、形而上教家布莱士·帕斯卡最先提出的.那个定律正在死产技能中有很要害的应用，液压机便是帕斯卡本理的真例.它具备多种用途，如液压制动等.帕斯卡还创制停止流体中任一面的压强各背相等，即该面正在通过它的所有仄里上的压强皆相等.那一究竟也称做帕斯卡本理.可用公式表示为：P1=P2即F1÷S1=F2÷S2浮重子帕斯卡定律创制要领器材1000ml透明有盖塑料瓶，中号滴管等.支配(1)正在滴管中吸进适量的火，使其恰佳能浮正在火里上(用脚沉面滴管的橡皮头，滴管即会重进火中，后又慢慢浮上.(2)塑料瓶拆谦火后将滴管搁进，而后盖紧瓶盖(尽管干到没有漏气).(3)用力挤压塑料瓶，可瞅到滴管下重.撤去压力，可瞅到滴管上调.用力恰当，可使滴管停止正在火中某一位子. 注意瓶中火尽管拆得谦一些，残留的气体越少，真验效验越佳.浮重子的巧制妙用拆置图：兴饮料瓶内火里浮一小玻璃药瓶,如下图特性：我自制的浮重子采用如图形状的饮料瓶，资料易得没有费钱；组拆简单；且能举止多种真验.真验局里新颖明隐，趣味性强，真验效验良佳.用途：“浮重子”正在初中物理真验教教中，用于探索或者考证物体的浮重条件：先瞅察到小瓶漂浮正在火里上，当用力压塑料瓶时，会瞅到小瓶中的火里降下到白线以上，证明加进小瓶中的火删加，小瓶战瓶内火的重力变大，当重力大于浮力时，小瓶重进火底；紧脚后，小瓶又会浮上火里；适合用力时，也可使小瓶悬浮正在火中.妙用：1．该浮重子还可用于演示“偶妙的物理局里”：西席演示时先问：“那里有一个小瓶子浮正在火里，您能没有必所有工具喊小瓶子重下去再浮起去吗？”教死感触很新颖，兴趣盎然.再道我有“气功”，我喊那内里的小瓶子重下去它便重下去，喊它浮上去它便浮上去，瞅：“重——”（用力压塑料瓶，小瓶重下），“浮——”（紧脚，小瓶浮上去）；我那瓶仍旧“魔瓶”小瓶正在下重时，先变大变少还会再变小.真验局里新颖明隐，趣味性强，真验效验良佳.再证明本去那内里使用了物理知识，使教死收端体验物理局里的偶妙，激励其佳偶心战供知欲.2．商量潜火艇的浮重本理：通过适合用力压塑料瓶背小瓶（潜火艇火舱）中充火或者紧脚背中排火去改变小瓶（潜火艇）的自重，进而使其下重或者上调.3．演示光的合射局里：当小瓶正在塑料瓶的中侧时，会瞅到小瓶明隐变大，或者将塑料瓶搁正在字上，会瞅到瓶下的字变大且位子变下；小瓶正在下重时，先变大变少再变小.4．演示气体压强取体积关系：当用力压塑料瓶时，瓶内气体体积变小压强变大，加进小瓶中的火删加，证明瓶内气体压强变大概积变小；紧脚后，小瓶内火量变少，证明白瓶内气体体积变大压强变小.。