浮力产生原因实验的分析研究，本文主要内容关键词为：浮力论文,分析研究论文,原因论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
在探究浮力产生原因实验中，乒乓球实验因其具有取材简单、现象惊奇、对比鲜明的优点常被用作演示实验。将一个矿泉水瓶底部剪开后倒置，放入乒乓球后注水，虽有少量的水会从乒乓球与瓶的缝隙中流下，但随着加水水位的升高，乒乓球被稳稳地压在近瓶口处。若将瓶口堵住，仍有少量水往下流，当乒乓球下方还有很大一段空气柱时，可见乒乓球已经浮起来了。乒乓球下方并没有水，因而该实验并不能真正揭示浮力产生的原因，使球上浮的原因是由于球下方的气体压力大于大气和水产生的向下压力以及乒乓球自重。为何当缝隙中只流下极少量的水时，乒乓球就会向上运动呢？
一、理论分析
二、将瓶口压入水中的乒乓球浮力演示实验分析
若将上述塑料瓶直接放入水中，当塑料瓶中的水位比外界水位高一定距离时，乒乓球会向上浮起，这个实验是否可以说明浮力产生的原因呢？
为了看清水从缝隙中漏下时的情况，用红墨水将塑料瓶中的水染红，在乒乓球上方加10cm高的水，乒乓球被压在染红的水下。然后将塑料瓶逐渐压入水中，发现乒乓球下方的空气柱始终存在。虽有红色的水不断漏下，但乒乓球下方空气柱的体积没有变化，下方水面始终在瓶口的底部（下页图2）。由于空气柱的存在，水根本不能浸至乒乓球底部，所以该实验仍不能说明浮力产生的原因。
重新用清水做实验，当上述塑料瓶下压到一定程度，瓶内水面比外界水面高5cm时，乒乓球往上浮起。改变瓶内原有水位高度，分别增至12cm，15cm，18cm，再做该实验，发现当瓶内水面仍比外界水面高5cm时，乒乓球浮起。若乒乓球上方原有的水位不足5cm，当瓶口刚接触水面时，乒乓球就立即浮起。
三、切去瓶口后的乒乓球浮力演示实验分析
为了排除乒乓球下方空气被封存后对实验造成的影响，笔者将瓶口一并剪掉，剪的时候尽可能靠近乒乓球与瓶壁相接触的地方。此后，将塑料瓶压入水中，在下压过程中，水与乒乓球下方直接接触（图3）。当瓶内水位比外界水位高3.4cm时，乒乓球向上浮起。同样，实验刚开始时改变瓶内的水位，重复该实验，当瓶内外水位差仍为3.4cm时，球浮起。虽然乒乓球下方与之接触的是水，上方也是水，但是由于内外水面高度差的存在，乒乓球下方的液体压强实际要比内外水面相平时的液体压强小很多，因此用以说明浮力产生的原因比较牵强，也不太合理。
四、对乒乓球浮力演示实验的改进
为了消除乒乓球下方空气对实验的影响，应将下方空气排尽。为此可以这样做：在乒乓球下方接一根排气管，瓶口不再放入水中，仍用一张硬塑料卡片将瓶口堵上，这样就可以排除内外液面高度差对实验造成的影响。
选材方面尽可能简单，排气管选用的是喝药水的小吸管。在硬塑料卡片上打一个小孔，使其正好能穿过小吸管，实验之前要确保小吸管中没有水。在实验过程中，将装有小吸管的硬塑料卡片堵住瓶口，小吸管的尖端尽可能靠近乒乓球与瓶壁接触的下方，但不要触碰乒乓球，上方的水会从缝隙中慢慢流下，将乒乓球下方的空气全部挤走。当水充满下方后，水便从小吸管中流下，但乒乓球并不会浮起（图4），即便上方水流尽，乒乓球仍不会浮起。但只要将图4中小吸管下方的小孔用手指堵上，乒乓球便立刻浮起。改进后的实验可以说明浮力产生的原因是：乒乓球受到水向上和向下的压力差。
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