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二、探究浮力产生的原因【实验原理】浮力是怎样产生的呢？如果一个规则的物体浸没在液体当中，它的侧面所受液体的压力均可互相抵消，这是因为物体上下表面所受液体压力的受力面积虽然相同，但上下表面所在液体内的深度不同，液体的压强大小不一样。物体上下表面所受液体压力之差，正是物体所受的浮力。我们可以通过多种方法来证明浮力是怎样产生的。【制作方法】方法一(双乒乓球实验)。材料：空矿泉水瓶一个、乒乓球两个。将矿泉水瓶底剪去。实验时，将瓶口向下，从上面放入两个乒乓球，因为瓶身不大。两个乒乓球会一个在下堵住瓶颈，另一个在上，左手持瓶身，右手从上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶颈，水只能向下渗漏。随着瓶内水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也随之上升。下面的乒乓球虽然周围和上面都是水，但它却没有上浮。如果用右手堵住瓶口，渗漏的水很快充满了瓶口和瓶颈之间，下面的乒乓球的底部也会浸没在水中，它会立即“卟”地上升到水面。如图6-23所示。方法二(上浮的木塞)：材料：空高橙饮料瓶一个、圆木塞一只、粘胶。圆木塞要刚好塞在饮料瓶口上，不要太紧。再在圆木塞中央钻一个直径约5mm的小孔。如图6-24，将饮料瓶的中间部分剪去，依然瓶口向上地将瓶颈用粘胶粘接在瓶内底部。待胶干后即可使用。实验时，将木塞放在瓶口上，再用杯子装水沿瓶壁倒入瓶中。很快水将浸没木塞周围，但此时木塞并不上浮。水面继续上升，漫过木塞上表面，经小孔向里流水，此时木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐渐上升，刚刚达到木塞底部，木塞会立即上浮到瓶中水面上。如图6-25所示。方法三(双U形管压强差计)材料：两个透明的135胶卷盒、橡皮膜(如气球)一大块、橡皮筋两根、铁皮、铁丝若干、一次性注射塑料输液软管两根、木板(12×30cm2)一块、厚木板一块、封口夹两只、白纸、粘胶等。先将两胶卷盒去盖，中间各钻一小孔，正好使软管插入，用粘胶密封连接处。再把两盒底部用粘胶粘连，剪一宽条铁皮把连接处固定起来，并与粗铁丝固定，粗铁丝作为手持的柄，如图6-26所示。把12×30cm2的木板与厚木板钉起来，白纸粘贴在大木板上，将软管弯成两个“U”形并行排列，并在两“U”形管中心画出刻度线。两软管各经过一只小三通管与胶卷盒引出的两软管相接，三通管的另一个出口为排气用。实验时，用注射器在双U形管中注入同样量的红色水，使双U形管中的液面相平。在两胶卷盒口上各绷一块气球膜，口面要绷平。等膜绷好之后，用两只封口夹将三通管的排气口夹紧，不可漏气。手持粗铁丝，缓缓将胶卷盒插入水中，如图6-27所示，两U形管中的液面不会在同一高度，记下双U形管管底各至液面的高度差。与下面胶卷盒相通的U形管中，液面的高度差要大得多，把这个水柱压强减去与上面胶卷盒相通的U形管水柱压强，所得的差即是两胶卷盒上下表面的压强之差。将这个压强差乘以胶卷盒口的面积就能计算出胶卷盒所受的浮力。三、自制密度计【实验原理】当轮船在长江里航行时，如果记住轮船的“吃水线”，在轮船驶入海洋后，你会发现此时“吃水线”已经在水面的上方了。同一物体，浮在不同液体表面上时，所受液体的浮力相等。由于液体的密度不一样，物体排开液体的体积也就不相同。反过来，如果同一物体在不同液体中排开液体的体积不相同，那么液体的密度一定不一样。根据这个道理，我们可以制成测密度的装置——密度计。【制作方法】材料：大号有盖无破损的废牙膏皮一支、蜡烛一只、白纸、透明胶带等。将牙膏皮尾部打开，取下盖，用圆棍把牙膏皮从里面撑开鼓圆，成为一个长圆筒，将里面的剩余牙膏冲洗干净。拧上牙膏皮盖，点燃蜡烛，从尾部滴几滴蜡到牙膏皮里。滴入的蜡一是防漏水，二是保证牙膏皮竖直放在液面上时重心在下，比较稳定。在牙膏皮筒上竖直粘贴一小纸条，然后放入水中，记下水面刻度线。再依次将牙膏皮放入汽油、煤油与氯仿中，记下刻度线。在密度表中查出不同液体的密度，分别在每个刻度线上，标明它们的密度值。密度值全标定之后，在纸条面上贴一透明胶布既可以清晰地读数，也可以保护有刻度的纸不再打湿。你现在可以把自制的“密度计”放入各种液体中，粗略地测定这种液体的密度。(郭生杰提供)四、空气也有浮力【实验原理】图6-28不仅浸没在液体中的物体受到浮力作用，处于空气包围下的物体也受到浮力作用。如图6-28所示，左边是密闭的金属容器，开一孔与气球相连，右边是配重使横梁保持平衡。如果用酒精灯烘烤金属容器底部，里面的空气受热膨胀会使气球鼓起来。此时横梁会逐渐倾斜，配重物体下降。这是因为金属容器与气球总重量虽然没有变，体积却增大了。它的体积增大，排开气体的体积增大，气体对它的浮力增加，从而破坏了平衡。【制作方法】材料；易拉罐一个、气球一只、废圆珠笔芯一支、粗铁丝一根、木板两块、配重物。将木板钉成如图所示的支架。从粗铁丝上剪下4cm长一段，在砂轮上把2cm长一段打磨成“△”，把这段铁丝尖端向上固定在支架上部，使尖端成为横梁的支承点。易拉罐最好是未打开的，用干净铁钉在上表面中央钻一孔，插入吸管喝完里面的饮料。将空罐洗干净，倒出里面的水，剪3cm长的废圆珠笔芯插在孔上并用粘胶密封。等胶干后，把气球(先检查气球不能漏气)用细线扎紧。用钳子把粗铁丝剪下40cm长一段，两端各弯一个钩形。为了加强效果，配重最好比易拉罐重几倍，这样在开始平衡时，横梁就不是一个等臂杠杆。【实验方法】将铁丝一端挂在易拉罐拉环上，一端挂有配重物。双手持铁丝寻找平衡的支承点后松手，再点燃酒精灯，移到易拉罐底部使其加热。不一会儿，气球就会充气鼓起来，由于空气的浮力增加，使横梁的平衡遭到破坏。(易诗学提供)§6.5电学实验的几个教具制作一、玻璃导电【实验原理】能导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体。导体之所以能导电，是因为导体中有能够自由移动的电子。在绝缘体中，电荷几乎都束缚在原子的范围之内，不能自由地移动，所以绝缘体不能导电。但是导体和绝缘体没有绝对的界线，当外界条件发生改变时，可以破坏原子内部的稳定结构，使原被束缚的电荷发生移动，在外电场作用下导电。如图6-29所示，一只坏灯泡与一只好灯泡串联接在电路，坏灯泡的两根导线在玻璃柱内并不互相接触，此时好灯泡不会发光，加热坏灯泡的玻璃柱，当玻璃达到红炽状态时，它就逐渐变成导线，好灯泡逐渐由暗变亮，最后正常发光。【制作方法】材料：“220V，40W”好灯泡一只、坏灯泡一只、两个灯座、12×20cm2木板两块、导线若干、电源插头一个。把两木板互相垂直钉成上图所示的形状。将两灯座串联起来安装，由插头接220V电源。轻轻敲碎坏灯泡的玻璃泡，剪去玻璃柱上伸出的铜丝，与好灯泡一起插入灯座。【实验方法】1.将插头插入电源插座，此时好灯泡不发光。2.把酒精灯放在坏灯泡玻璃柱下，点燃酒精烧玻璃柱。3.开始好灯泡不亮，略过一分钟后，好灯泡灯丝逐渐发红，并迅速明亮起来。二、水位自动报警器【实验原理】学习了串联与并联电路，给合以前学过的浮力部分知识，可以自己设计一个水位自动报警装置。如图6-30所示，当水位上长，浮子上浮，与A端接触，浮子上的导线与绿灯组成串联电路，绿灯亮，表示水位已达高水位线；当水位下降，浮子下降与B端接触，浮子上的导线与红灯组成串联电路，红灯亮，表示水位达低水位线。如果高楼上的供水池装上这么一个报警装置，电工师傅就知道什么时候应该打开水泵抽水，什么时候应该关闭水泵停止抽水。【制作方法】材料：高橙饮料瓶两个、10ml口服液瓶一个、圆珠笔芯一支、18×30(cm2)三夹板一块、2号电池一对、红，绿小电珠各一颗、导线若干、橡皮塞、粘胶、铁丝等。先做浮子。去掉圆珠笔芯头，将圆珠笔竖直插在口服液小瓶上，用粘胶固牢。等胶干后，找一个适合饮料瓶口的橡皮塞，在中央钻一个略比圆珠笔芯粗的小孔，把圆珠笔芯穿过去，在顶端粘接一小块焊有细导线的金属片。如图6-31所示。其次制作报警显示板。如图6-32所示，先在三夹板中央下部钻两个小孔，再在板上并联装两个回路，回路中各有红灯与绿灯。绿灯终端高于红灯终端，其都固定一块金属片(金属片是为了与浮子上的金属片接触时组成回路)，电池引出的一端接一个接线柱，留待组装时连接浮子上的细导线。再用两只饮料瓶做一个连通器。方法是将两个饮料瓶下部各钻一个孔，用一根一次性注射塑料软管把二者连接起来，中间套一箝流开关。最后进行组装。把浮子装入一个饮料瓶中，将橡皮塞塞紧，浮子上方的金属片处于红、绿灯终端的金属片之间，再用铁丝通过两个小孔从饮料瓶颈环绕过来并拧紧，即把三夹板牢牢固定在瓶颈上。浮子上的细导线螺旋状绕几圈后与电池一端的接线柱相连，接触要良好。【实验方法】1.在连通的另一饮料瓶中注水，打开箝流开关，浮子下方的水位将上升。2.浮子上升到顶端的金属片与绿灯相连的金属片相接触时，绿灯亮，表示水位已到达高水位。3.手持连通的饮料瓶低于三夹板下的饮料瓶时，水位将下降，浮子下降到顶端的金属片与红灯终端金属片相接触时，红灯亮，表明水位已下降至低水位了。4.停止浮子工作时，可让浮子处于中间(既不接触上端，也不接触下端)，关闭箝流开关。三、测电笔【实验原理】如图6-33所示，试电笔内主要是由电阻与氖管串联起来。当A、B两端电势差小时，氖管中的氖气不发光。由此我们可用它来辨别火线和零线：手持B端，用A端去测试导线，如果氖管发光，说明A端接触的是火线；如果氖管不发光，则说明A端接触的是零线。【制作方法】材料：一次性注射器、起辉器中氖泡一个、1.5MΩ电阻一个、橡皮塞一个、废2号电池一个、垫片两个、铁钉一颗。一次性注射器是透明塑料制成的，有它作为测电笔主体比较合适。去掉注射器的推筒，将铁钉从管中放入，从注射口推出。铁钉要略大一点，能刚刚好塞满注射管而不至左右晃动。氖泡有两根引出线，每根均接一个垫片，其中一个垫片压在铁钉上，另一个垫片与电阻相接，碳棒上的铜帽作为手持端的金属体。为了不使碳棒左右晃动，在橡皮塞上钻一个碳棒粗细的孔，然后塞紧在注射器筒端。如图6-34进行组装。注意：①碳棒不可太长，刚好能把氖泡，电阻塞紧后使铜帽露出筒端，必要时可将碳棒锯掉一部分；②氖泡的两根引出线一定要绝缘，不然氖泡两导线接触之后，即使测试火线，氖泡也不发光。测电笔做好之后去检测一次——与买的测电笔一样好用！(梁继好提供)四、模拟跨步电压与高压电弧触电【实验原理】在“安全用电”的知识中介绍了跨步电压与高压电弧触电的概念，但这两种触电现象在日常生活里并不常见，有必要进行生动的模拟实验，给同学们提供感性认识的条件和揭示这两种触电的机理。跨步电压触电：由于掉落在地上的高压输电线在地面产生了一个电场，这个电场以落地点为中心有一个范围，当人处于这个范围内时，两脚之间有跨步电压时，电流通过人体，造成跨步电压触电。高压电弧触电：如果人体与高压带电体距离很小时，高压带电体会通过人体发生放电现象。这时，电流通过人体，造成高压电弧触电。我们可以用感应圈产生的高压电场模拟高压带电体，用装在一个人体模型上的氖泡来显示跨步电压。【制作方法】材料：硬纸盒一个，起辉器氖泡一个，导线等。做一个人体模型：用硬纸盒按人体的轮廓制成，人体的手臂和腿都可以自由活动。在人体胸部装一只日光灯起辉器的氖泡，氖泡的一个极各接一根导线到手和脚，另一极也各接一根导线到另一只手和另一只脚。导线除端点外均应有胶线绝缘。【实验方法】1.跨步电压触电的实验，如图6-35所示。图6－35(1)用一张旧报纸铺在桌上，四周用图钉固定(2)将抹布在水中浸湿后把报纸表面擦潮。(3)用导线将感应圈高压输出的一端夹接在报纸的一边缘上，将另一端由铁架杆上端挂下夹接报纸的另一端。(4)把人体模型的一只脚用图钉固定，脚上的导线裸露部分同时被图钉固定在纸上。另一只脚可以在纸上移动作跨步状。(5)先将两脚并拢立于纸面上，接通电源使感应圈工作，此时人体上氖泡不发光。说明此时两脚之间无跨步电压。(6)手持活动腿部(不要接触胶皮导线)，使两腿逐渐张开，可以看出氖泡逐渐发光。两脚之间距离最大时，氖泡最亮。说明此时两脚之间有跨步电压且较大。注意：感应圈工作电流不要太大，否则实验者的手及模型人体的腿移动时会有感应。2.高压电弧触电实验。如图6-36所示。(1)同前步骤1。(2)同前步骤2。(3)有导线