“阿基米德原理适用于气体”的实验研究

吴文建+许新胜

【摘要】阿基米德原理最初指的是浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度、物体排开液体体积的定量关系。对于浸在空气中的物体所受浮力的大小，初中物理教科书只说阿基米德原理也适用于气体，但未进行实验验证。本文通过实验，测得浸在空气中的物体所受浮力的大小，来验证阿基米德原理是否也适用于气体。

【关键词】阿基米德原理 气体 杠杆原理

【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）38-0163-01

现行人教版初中物理教科书在八年级下册第十章第2节“阿基米德原理”中，通过实验得出结论：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。这就是著名的阿基米德原理。然后，教科书在旁边做一说明：阿基米德原理不仅适用于液体，也适用于气体。善于思考的学生在学到这一处时可能会想：物理学中的很多结论是从大量的实验事实中总结出来的，那么对于阿基米德原理也适用于气体的情况，能否通過实验来探究或验证呢？笔者通过研究并结合第十二章的杠杆原理，发现阿基米德原理是否适用于气体的情况可以通过实验来验证。

1.实验测量

实验过程如下：

⑴如图1所示，在已经水平平衡的杠杆左侧挂排球、气球和气针（气针已扎在气球上），放在刻度线20cm（即力臂L1=20.0cm=0.200m）处，在杠杆右侧挂钩码，移动钩码所在的位置，直至杠杆水平平衡，此时钩码所挂处的刻度为22.1cm（即力臂L2=22.1cm=0.221m）；

⑵将气针插入排球气孔中，排球中的部分气体充入进了气球中，气球体积随之变大，排开空气的体积也随之变大，气球在空气中所受的浮力将变大，我们很明显地能看到杠杆不再平衡，左侧升高，右侧下降；

⑶移动钩码的位置，直至杠杆再次水平平衡；

⑷测得此时钩码对杠杆拉力的力臂L2′=21.8cm，气球的直径约为：d=19.0cm。用托盘天平测得右侧钩码和挂绳的总质量m2=299.4g=0.2994kg，如图2所示。

2.数据分析

3.总结

阿基米德原理是初中物理所学的一个重要知识点，在教学中我们先是通过实验，探究浸在液体中的物体所受浮力与排开液体所受重力的关系，然后在教学中可以根据浮力产生的原因以及公式p=ρgh和F=P·S从理论上推导出阿基米德原理。现在我们通过实验验证了阿基米德原理也适用于气体。因此，对于阿基米德原理，可以表述为：浸在流体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于它排开的液体所受的重力。

参考文献：

[1]人民教育出版社课程教材研究所.义务教育教科书物理八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012，10.

作者简介：

吴文建（1984—），男，安徽人，中学二级教师，主要从事中学物理教学工作。

许新胜（1975—），男，安徽人，大学教授、博士生导师，主要从事大学物理教学和分子与原子物理科研工作。endprint