验证大气浮力存在的几个实验
气压强的存在(一)
器材熟鸭蛋,果汁瓶(或锥形瓶)等。
(1)果汁瓶浸置于60—70℃的冷水中(水不步入瓶内),时间约3—5分钟。
(2)取出空瓶(瓶内有热空气),将去壳的熟鸭蛋放置瓶口,如图(a)。猪肉会渐渐步入瓶内。
按照气态多项式,瓶内二氧化碳,遵守常数T
pV的规律,所以当T升高证明大气压强存在的小实验,V没有显著改变时,p会变小,因为大气浮力没有变,所以有上述现象。注意瓶口应略大于蛋,但瓶的体积以大一些好。
说明如有适当的器材,可采用如图(b)所示的方式完成本实验。
器材广口瓶,2根玻璃管,100ml针头,两用气筒,吝啬球,橡皮管等。
操作
在广口瓶盖上插两根玻璃管。
(1)将吝啬球套在一根玻璃管下,与针头相连的橡皮管套在另一根玻璃管上(图a),旋紧瓶盖。
(2)用针头向外抽气,可见到吝啬球被逐渐吹大,说明存在着大气浮力。
(3)在广口瓶中放进一只充气不足的吝啬球。夹紧左管上的夹子后用两用气筒从右管内抽气(图b),可见到吝啬球渐渐胀大。这说明不和外界连通的球内留有的空气同样有大气浮力。
(4)停止抽气,打开左管上的夹子,可见胀大的汽球迅速缩小,这又是外界的大气浮力作用的结果。
注意
(1)每次实验时橡皮塞一定要旋紧,必要时还可涂一些蜂蜡油。
(2)吝啬球的口要扎牢,不能漏水。
器材玻璃杯,尖头小盘,一小段蜡烛。
操作
(1)将小段蜡烛燃起,在小盘中央滴几滴刚融化的蜡,迅速将燃起的蜡烛固定在前面。
(2)在盘中加入少量白色水,深约1cm。
(3)将玻璃杯倒置在水底,挡住蜡烛(图a)。等水被压入怀内(图b)。这说明四周空间存在着大气压火焰熄灭时,可见到盘中的强。
显示大气浮力的存在(四)
目的演示大气浮力的存在
器材大小试管各一只。
操作
(1)大试管装满水后将空的小试管轻轻倒入大试管(约小试管宽度的三分之一),如图(a)所示。
(2)双手拿住大小试管,迅速倒置后立刻放掉小试管。可观察到大试管里的水渐渐流出,同时小试管在大试管中自行上升,如图(b)所示。
说明:小试管受三个力大气压作用于小试管顶部的力F
,液体对小试管
顶部力F
以及小试管自身的重力G。其合力为:
ΣF=F
1-F
-G
=P
0S-(P
-ρgh)S-G
=ρghs-G
其实此表达式中并不包含大气浮力,但大气浮力是形成该现象的缘由,
只有大气浮力满足P
≥ρgH(H为大试管中火柱高度)时才会导入上述结果。另有人按照最后的结果觉得小试管上升是因它深受压强小于其自身重力的
结果,这些解释是不正确的,因其实ρghs在方式上等于小试管排开液体的重力,但该情境中不符合压强的定义(参看《浮力》之“教学阐述”)故不存在压强。该实验可以作为空气中存在大气浮力的演示实验。
显示大气压的存在,测定大气压的大小
仪器注射器、小号珠子水笔
操作
(1)如图1所示,右手紧握注射器针头,手指带动注射器活塞至顶端,排除筒内空气,之后用火燃起珠子水笔的尾端,使其燃烧封闭,并将水笔尖端金属部份堵塞针头的小管。
(2)打算工作就绪后,双手要用很大的力就能把活塞带动,假如拉力忽然消失,珠子水笔将射向远方。该实验证明了大气压是存在的。
(3)在演示大气压存在实验的基础上,用铁架台固定好注射器,把钩码挂在活塞下,可以检测大气压的值,如图2所示。
用去底罐头瓶演示大气压的存在
目的演示大气压的存在
器材取一个空罐头瓶,用丝线浸些酒精绕在瓶底上方,燃起之后过一会浸在冰水中,瓶底即可掉下。拧住瓶塞,最好蜡密封。
操作
(1)将一个浸过酒精的棉签燃起装入瓶中,片刻后取出,立即将瓶开口向上装入水槽中。这时水槽中的水向喷泉一样,猛烈地步入瓶中,喷到底部。同时发出“滋滋”的声响。说明水槽中的水在大气压作用下步入罐头瓶。
(2)将瓶顶端的盖旋紧证明大气压强存在的小实验,火柱增长,与水槽中的海面相平。说明打开盖子后瓶中海面上遭到外界大气压与水槽中海面遭到的大气压一样。
部,盒很容易拉开,因而证明大气浮力存在并且很大。