如此实验不能说明浮力产生的原因
第 1 页 共 3 页“乒乓球漏斗实验”能够说明浮力产生的原因吗? 乒乓球漏斗实验”能够说明浮力产生的原因吗——对教学中某些实验的质疑之五 ——对教学中某些实验的质疑之五Can “Table tennis ball and funnel experiment” illustrate the cause of buoyancy? ——About the teaching experiments of six questions (Ⅴ)王绍符 (河北大学 河北保定 071002)说明 在中学物理教学中,有一些实验原理存在瑕疵,解读出现假象。这些 实验有的出现在教科书中,有的出自第一线教师之手,却在教学中广泛流传。笔 者择其显要,加以分析写成六篇短文, (即《关于“光的反射定律实验”的问题》 、 《 “双三棱镜色散与复合实验”辨析》《 、“焦耳定律实验”岂能这样做!、 》《如此 改进“比热容”实验的设计失去控制》《 、“乒乓球漏斗实验”能够说明浮力产生的 原因吗?》《能这样验证“液体压强由重力产生”吗?》 、 )此为第一篇。 用实验方法验证或探究“浮力产生的原因”一直是中学教学非常关注的课 题.其原因有可能是教科书中鲜有此类实验出现,且教科书中关于“浮力产生的 原因”的论述也往往模糊不清.图 1 选自人教版上世纪 90 年代九义教科书图 1 所示是上世纪 90 年代人教版教科书关于“浮力产生的原因”的复印件, 其中没有实验.于是第一线教师的自发实验设计应运而生,其中以图 2 设计流传第 1 页 共 3 页
第 2 页 共 3 页最广. 将可乐瓶倒置, 截成漏斗状 容器,开启瓶盖.然后将一个乒 乓放入其内,堵住瓶口.这时向 瓶内倒水, 可见浸在水中的乒乓 球并不浮起, 但有些水经缝隙顺 瓶口流出,如图 2a 所示. 用瓶盖盖住瓶口, 从缝隙流 2b 所示. 这个实验究竟说明了什么呢? 图 2 这个实验究竟说明了什么呢? 设计者的原意是“说明浮力产生的原因”, 并且认为是“反证浮力产生的原 因”.不是说浮力是“由于液体对浸在其中的物体向上向下的压力差”产生的 吗?现在反过来, 只要证明“没有向上的压力就没有浮力”原来的说法不就得到 证明了吗! 问题并没有那样简单! 问题并没有那样简单! “向上向下的压力差”是浮力的实质,为什么“向上的 压力大于向下的压力”才是浮力产生的原因,要验证或探究 的应该是这个! 为什么“向上的压力大于向下的压力”这是教科书在前 面早已经讲过的问题——液体内的压强竖直分布不均,越往 下压强越大. 至于说为什么“液体内的压强竖直分布不均,越往下压 强越大” ,其根本原因是重力的作用,是重力使液体的上层 压着下层,下层压着更下层,层层挤压越往下挤压越甚,因而 压强越大. 如此说来浮力产生的根本原因是重力的作用.图 2 实验 “文不对题”与浮力产生的原因风马牛不相及.第 2 页 共 3 页图 2 乒乓球漏斗浮力产生的原因出的水在乒乓球下边瓶口处的空间聚集并充满,这时乒乓球上浮至水面,如图图3 水管中的 气泡不受浮力
第 3 页 共 3 页从图 2 实验的“乒乓球下边有水有浮力,没有水没有浮力”来看,实验仅仅 证明了“浮力产生的条件”——乒乓球下边必须有水.但是,这只是必要条件, 而不是充分条件.也就是说, “物体下边有水, 不一定就受到浮力”.如图 3 所示, 一个空气泡被封在灌有水的玻璃管里,虽然上下都有水但水没有连成一体.在这 种情况下不能说空气泡受到了水的浮力,也不能依阿基米德原理进行计算. 物体在液体中受到的浮力是液体对物体向上向下压力差, 但是向上向下压力 差不一定是浮力.或者说,物体在液体中受到的浮力是液体对物体的压力的合力, 但是压力的合力不一定是浮力. 浮力的界定条件: 浮力的界定条件: 条件 (1)浮力的方向是竖直向上的.物体受液体压力的合力不是竖直向上的, 不能认作浮力. (2)物体受浮力仅限以下几种情形: 浮在液面上,一部分在液面以上,另一部分在液面以下;物体完全浸没在液 体之中,或浮于两种液体的交界处,而周围被液体所包围. (水底的树桩、桥墩以及固着于岸壁凸入水中的岩石等等,不在受浮力之 列.不遵从阿基米德原理的力不能认作浮力.) (3)液体处于静止状态,且物体对液体无明显相对运动. (游动的鱼以及船 只等只能近似地应用阿基米德原理. ) 顺便多说几句.如若想要用实验的方法验证“浮力产生的原因” ,表层的应该 验证 “在液体内下边的压强比上边大” .可是这 是在讲浮力以前教科书中已经讲过的问题了, 换句话应该说早已验证过了.深层的就是要验 证“没有重力就没有浮力” ,创造失重环境也 许是最好的选择, 但观察不易.在空间站做搭载 实验可能很理想.图 4 是从网上下载的在俄罗 斯空间站中的情景,一个圆圆的水珠附着在植 物的叶片上,水珠里边有一个圆圆的空气泡, 停留在水珠的正中央.网上下载的空间站中 图 4 网上下载的空间站中叶片 上的水珠和水珠内的空气泡注:参见百度文库 ppt《浮力是什么?如何产生的? 》 《浮力是什么?如何产生的? 2012-7-4 初稿 2012-7-13 修订第 3 页 共 3 页