浮沉子实验的改进与探究，本文主要内容关键词为：，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。
浮沉子实验是很多初高中物理教师比较熟悉的一个小实验。因其实验过程简单、现象神奇和易于呈现而深受许多教师的喜爱，他们往往在新生开学的绪论课上将其作为课堂演示实验，用以展示物理现象的精彩与魅力，激发学生探索世界的热情和学习物理的兴趣。
一、实验器材与原理
浮沉子实验通常采用量筒、玻璃试管和橡皮膜来完成，如图1所示。实验准备阶段：先在量筒内装适量清水；再在玻璃试管内密封一定量气体并将开口朝下倒扣在量筒内，使它恰能悬浮在水面上；最后用橡皮膜把量筒开口密封包扎起来。实验过程：用手指压迫橡皮膜，随着量筒内气体压强的增大，玻璃试管内一定量气体的体积将减小，试管排开液体的体积也相应减小，当试管重力大于所受的浮力时，试管开始下沉；而当橡皮膜上的压力解除时，筒内气体压强减小，玻璃试管内气体的体积又增大，浮力增加，试管又开始上浮。实验效果：如此反复，则玻璃试管在量筒内或下或上地运动，从而激起学生强烈的好奇心和求知欲。
图1 浮沉子实验演示装置
二、实验不足与改进
上述浮沉子实验，虽然具有器材普通、操作方便、现象明显、实验可靠等许多优点，但仍有不足之处：一是实验中手压橡皮膜使筒内玻璃试管下沉的现象，很容易引起学生错误的联想——是用手通过筒内空气把试管给压下去的，筒内空气传递了力的作用；二是实验器材虽然普通，但并非所有学校都取之方便，特别是在一些职业中学，一般都没有化学专业及相关课程，所以上述量筒、试管及橡皮膜都不易找到。
为了克服上述不足，也为了在今年新生的物理见面课上能够圆满地演示浮沉子实验，笔者对该实验进行了探索并做出了一点小小的改进，由此收到了很好的教学效果。笔者采用的器材是：1个矿泉水瓶和1支口服液瓶（或医用注射液瓶）。实验中先在矿泉水瓶内注入适量清水，再放入封有一段空气的口服液瓶，并让它恰好能悬浮在矿泉水瓶内的水面上，然后盖紧瓶盖，则一个浮沉子实验装置就准备好了。实验开始时，用手指挤压矿泉水瓶的侧壁，即可使瓶内的“浮沉子”下沉，减小手对瓶壁的压力，则“浮沉子”上浮，实验现象非常明显。本实验操作变传统浮沉子实验中增大气体压强时外力作用的向下压膜式为侧向压壁式，使压力方向与“浮沉子”的运动方向互相垂直，从而避免了使学生产生“空气传递压力”的错误联想；而且这样的实验设计，更能激起学生的思考，因为根据学生的已有经验，当手压矿泉水瓶侧壁时瓶内水面是要上升的，故想象中“浮沉子”应该随水面上升而被抬高，但实验结果却让学生出乎意料。另外，由于实验器材变得更加随处可得，所以任何教师都能便利轻松地做成这个实验。
三、实验敏度的控制
所谓实验敏度，是指在这个实验操作中，手对瓶体压力的大小与“浮沉子”产生沉浮动作之间的一种关系，若需要较大压力才能使“浮沉子”产生下沉动作，则实验敏度低，反之则实验敏度高。我们知道，在浮沉子实验中，敏度太低或太高对于实验的观察都是不利的。为此，我们要寻求一个合适的敏度，从而使实验变得更加精彩。理论和实验表明，矿泉水瓶中水与空气所占的比例、口服液瓶中密封气体的多少是影响实验敏度的两个主要因素。前者空气比例越大，则实验敏度越小；后者密封的气体越多，则实验敏度越高。在实际操作中，笔者在口服液瓶体上包扎了密度比水稍大的红色塑料胶带，目的是在增加实验可见度的同时，也使口服液瓶中能封入一定量气体而又保证它恰能悬浮于水面。实验表明，当矿泉水瓶中水与空气的比例大约为6:1时，实验具有良好的效果。