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初中物理 / 阿基米德原理

水托住的,
究竟有多重?

把铝块慢慢放进水中。看排水体积如何改变浮力,又如何改变测力计的读数。

EXPERIMENTF浮 = ρgV排观察 → 建模 → 推导
问题的来处公元前 3 世纪 · 阿基米德

不熔掉王冠,能查出它掺了银吗?

后世记载中,阿基米德受托检验一顶王冠。形状不规则,不能直接量尺寸——水能替他“量”出什么?这则著名故事由维特鲁威在数百年后写下。

读一段背景,带着问题动手

后世记载中,阿基米德受托检验一顶王冠。形状不规则,不能直接量尺寸——水能替他“量”出什么?这则著名故事由维特鲁威在数百年后写下。

王冠与浴盆是流传很广的典故,不能当作现场实录。阿基米德确实在《论浮体》中研究了浮体与液体的平衡。同样质量的不同材料可能占据不同体积;比较排水量,便有了辨别密度的线索。本页用规则物块观察排水与浮力,并不复刻王冠鉴定。

现在,换你来试把物块慢慢浸入水中,比较排水体积和测力计减少的读数:水“托住”的重量,与被排开的水有什么关系?

三维实验台部分浸入
铝块液体

正在准备三维装置…

测力计22.0 N
拖动旋转 · 滚轮缩放 · 方向键调整
浮力 F浮重力 G拉力 T

把现象变成解题思路

沿着三个状态理解浮力

点击状态,让实验停在关键位置。

水中浸入 5.0 cm:V排 = 100 × 5.0 = 500 cm³;F浮 = 1000 × 10 × 0.000500 = 5.0 N;T = 27 − 5.0 = 22.0 N。

实验条件

铝块边长 10 cm,密度 2700 kg/m³;容器底面积 400 cm²,初始液深 15 cm;取 g = 10 N/kg。

模型说明

缓慢升降,忽略空气浮力、液体阻力与绳子体积;物体不触底、不自由漂浮。箭头长度表示力的相对大小,测力计为准静态读数示意。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

完全浸没后,再往下放,浮力还会增加吗?

换个条件,再试一次

保持深度不变,把水换成盐水;是哪一个量改变了浮力?

看哪里?

三维看浸入与液面;二维和读数核对排水体积与力。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

认识重力、体积和密度;定量层使用F=ρgV。

先看现象:移动浸入深度,比较排水体积与测力计读数

再做定量:F浮=ρ液gV排;T=mg−F浮,力用N、体积换成m³。

模型、来源与核验边界

F浮=ρ液gV排;T=mg−F浮,力用N、体积换成m³。

解析核验提示:水中排水1000cm³,本台g=10m/s²时浮力10N;完全浸没后排水量不再增加。

适用范围:刚性铝块、静水,忽略表面张力与容器底部接触。

芝加哥大学古籍站 · 维特鲁威《建筑十书》第九书序言(王冠故事)(历史/延伸阅读;解析关系见本卡,尚未获外部审阅) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。