空氣浮力的實驗裝置

1. 利用空氣浮力升空的飛行器是

飛艇 飛艇是一種輕於空氣的航空器，它與熱氣球最大的區別在於專具有推進和控制飛屬行狀態的裝置。飛艇由巨大的流線型艇體、位於艇體下面的吊艙、起穩定控製作用的尾面和推進裝置組成。 艇體的氣囊內充以密度比空氣小的浮升氣體（有氫氣或氦氣）藉以產生浮力使飛艇升空。吊艙供人員乘坐和裝載貨物。尾面用來控制和保持航向、俯仰的穩定。大型民用飛艇還可以用於交通、運輸、娛樂、賑災、影視拍攝、科學實驗等等。比如，發生自然災害時，通訊中斷就可以迅速發射一個浮空器，通過浮空氣球搭載通訊轉發器，就能夠在非常短的時間內完成對整個災區的移動通訊恢復。

2. 還有什麼方法可以證明物體在氣體中受到浮力

實驗證明：
用「鋅+稀鹽酸」產生氫氣的化學反應來證明：在反應容器上方套上一個沒有氣的氣球，放置在天平上，調節天平游碼或增減砝碼讓天平平衡，根據質量守恆定律，生成物和反應物的總質量是不變的，但是會發現天平偏向砝碼盤，同時氣球脹起，則是生成的密度小於空氣的氣體氫氣在氣球中，氣球受到到了空氣的浮力，讓方向與重力相同的合力小於了重力，在天品的讀數上體現了出來。

實例證明：
例子一：熱氣球
熱氣球利用加熱的空氣或某些氣體比如氫氣或氦氣的密度低於氣球外的空氣密度以產生浮力飛行。
例子二：氫氣球
氣球受自身的重力和空氣浮力
自身重力=氣球重力+球內氫氣重力
空氣浮力=空氣平均密度*g*氣球體積
根據牛頓第二定律：空氣浮力-自身重力=ma>0
例子三：飛艇
飛艇由巨大的流線型艇體、位於艇體下面的吊艙、起穩定控製作用的尾面和推進裝置組成。艇體的氣囊內充以密度比空氣小的浮升氣體（氫氣或氦氣）藉以產生浮力使飛艇升空。

氣體浮力實驗
將自製的簡易天平密封在玻璃罐頭瓶中，通過增大、減小瓶中空氣密度的方法，驗證了氣體對物體產生的浮力與物體體積和氣體密度的關系。 液體對浸在其中的物體產生向上的浮力，這一點我們能夠感受到，也很容易驗證，因為液體的密度較大，產生的浮力也較大，而氣體對物體也同樣產生向上的浮力，但在通常情況下我們不易感受到，也不易來驗證，因為在通常情況下氣體的密度很小，對物體產生的浮力也很小，教材中也沒有關於這方面的實驗，針對這一情況，筆者製作了簡易的裝置，來驗證氣體對物體產生的浮力作用。
製作
1)取2個大號玻璃罐頭瓶，把瓶蓋旋下(密封膠墊不要丟掉)。
2)支架a的製作，用直徑為1.0 mm的鐵絲加工成圖1中a所示的形狀，用透明膠帶將其粘固在大號罐頭瓶中。
3)平衡桿b的製作，用直徑為1.0 mm的鐵絲，加工成圖1中b所示的形狀，用錫焊將其垂直焊接在刮臉刀片上，在刀片的一個側面焊接上一段鐵絲，作指針用。
4)用白紙板製作刻度盤，並用透明膠帶將其粘固在支架上，如圖1中d所示。
5)取1個乒乓球，把棉線的一端用透明膠帶粘在乒乓球上；另一端系在平衡桿的一端上，另取1個乒乓球，放在開水中燙軟後，用手將其按癟，用同樣的方法將癟乒乓球系在另一個平衡桿的一端上。
6)再取1個乒乓球，並從中間切開，做成2個盛小物塊的吊盤，將其用棉線分別系在2平衡桿的另端。 7)按圖1將裝置組裝好後，在大號玻璃罐頭瓶中間位置穿人大號注射針頭，並將其焊接在瓶蓋上，如圖1中c所示，
8)把罐頭瓶水平放在桌面上，墊好使其不滾動，在吊盤中放人小物塊(小螺母或小鐵絲頭)，使平衡桿平衡，然後在瓶口處塗上少許凡士林油，並旋緊瓶蓋，將平衡桿密封在瓶中。
實 驗
1)驗證氣體對物體產生的浮力與氣體密度有關 用兩用打氣簡向單個瓶中打氣或抽氣，當向瓶中打氣時，即增大瓶中氣體的密度，可觀察到隨著瓶中氣體密度的增大，平衡桿發生傾斜，乒乓球一端逐漸上升(隨著氣體密度的變化，乒乓球與小物塊受到的浮力也發生變化，但乒乓球受到的浮力變化遠大於小物塊受到的浮力變化)，即氣體密度增大，對物體的浮力也增大。 當用氣筒從瓶中向外抽氣時，即減小瓶中氣體的密度，可觀察到隨著瓶中氣體密度的減小，平衡桿也發生傾斜，但這次乒乓球一端卻逐漸下降，即氣體密度減小，對物體的浮力也減小，這說明，氣體對物體產生的浮力與氣體的密度有關，當物體體積一定時，氣體密度大物體受到的浮力大，氣體密度小物體受到的浮力小。 2)驗證氣體對物體產生的浮力與物體的體積有關 用兩用氣筒通過三通向2個瓶中打氣或抽氣，也就是說2個瓶中氣體密度總是相等的，而2個瓶中，一個是完整球，一個是癟球，兩球體積不等，即在氣體密度相等，但物體的體積不等的情況下，來驗證氣體對物體產生的浮力與物體體積的關系。 當向兩瓶中打氣時，可觀察到完整球比癟球所在的平衡桿向上傾斜角度大。 當從兩瓶中向外抽氣時，可觀察到，完整球比癟球所在的平衡桿向下傾斜角度大，這說明，氣體對物體產生的浮力與物體的體積有關，當氣體密度一定時物體體積大則物體受到的浮力大，物體體積小則物體受到的浮力小。

3. 如何用流體力學知識解釋飛機產生升力的原因

首先，飛機的升空是靠的空氣動力，它和氣球飛艇靠空氣浮力升空不同。氣球和飛艇是由於比重比空氣小，受到空氣向上的浮力升起來的。

由於飛機的比重比空氣大很多，靜止的飛機是不能升空的，只有當它動起來而且達到一定的速度才能飛離地面；就是直升飛機，也靠的是空氣動力，也需要它頂上的旋翼旋轉到一定的速度，才能升空。

其次，所謂飛機動起來，無非是要求飛機與空氣有一個相對的速度。雞毛靜止時，如果沒有風也是飛不起來的，雞毛能飛起來是因為風吹過來，也就是說雞毛與空氣有一個相對速度。由此思考，一個物體所受的空氣動力，物體運動空氣靜止和物體靜止空氣以同樣的速度流動，是沒有區別的。

也就是說，讓物體以速度V在靜止的空氣中運動所受的力和物體不動，空氣以速度v運動所受的力是一樣的，基於這個道理，人們才發明了風洞，使空氣在風洞中以一定的速度流動，把物體的模型固定在風洞里去測量它的受力狀況。

(3)空氣浮力的實驗裝置擴展閱讀

最早進行升力實驗的是英國人喬治·凱利 (George Cayley,1773－1857)。在他之前，人類幾千年世代嚮往像鳥一樣的飛翔，不過在想像中的實現技術上，飛翔也會像鳥一樣的靠翅膀的撲動來飛起。為此達·芬奇還做出了具體的設計。凱利則開辟了另外一條途徑。

喬治·凱利幼時沒有受過什麼教育，但他自幼好學。他的自然科學知識主要來自一位家庭教師，是當時的有名數學家喬治·瓦克，瓦克很喜愛凱利的聰明好學，便將自己的女兒嫁給他。

在喬治·凱利10歲時，他聽說法國有人利用氣球升空成功，從那時便對航空產生興趣並且一心嚮往。凱利也像達·芬奇一樣，從小就對鳥的飛行進行了大量的觀察，他最早認識到鳥的翅膀同時具有產生升力與推力的功能。

大約在1796年，他仿製和改進了中國的竹蜻蜓。之後他對竹蜻蜓的興趣一直保持到晚年，在25歲的時候，曾根據竹蜻蜓的原理設計了一架直升機。據凱利後來說，這個直升機進行過多次成功的飛行。後來凱利還設計與製造了一架滑翔機。

當時凱利能夠使用的實驗裝置是在若賓 (Benjamin Robins,1707－1751) 所設計的如圖所示的懸臂機。不過在他之前這種懸臂機主要是用來測量物體運動的阻力的。

實驗時，將模型固定在懸臂的端部，當懸臂旋轉時，由轉速和懸臂的長度可以計算出模型的速度，在懸臂達到勻速旋轉時，同時由驅動懸臂旋轉的重物就能夠計算出模型所受的阻力。

不過，它有一個缺點，就是當懸臂旋轉了一些時間之後，空氣或水會隨著懸臂一同旋轉，這樣會使實驗的精度大受影響。

4. 初中物理實驗儀器

初中物理實驗及主要儀器、器材歸類復習 1、聲怎樣從發聲的物體傳到遠處？（演示）結論：聲音的傳播需要介質，真空不能傳聲。 2、探究光反射時的規律主要結論：反射角等於入射角 3、探究平面鏡成像的特點結論：平面鏡所成的像是虛象，像和物體大小相等，物體到鏡面的距離和像到鏡面的距離相等。注意：玻璃代替平面鏡，為了便於確定像的位置。 4、探究凸透鏡成像的規律結論：物距大於兩倍焦距時，凸透鏡成倒立縮小的實象。物距大於一倍焦距小於兩倍焦距時，凸透鏡成倒立放大的實象。物距小於一倍焦距時，凸透鏡成正立放大的虛象。注意：調整燭焰、凸透鏡、光屏的高度，使他們的中心大致在同一高度。應用：照相機、投影儀、放大鏡 5、溫度計：根據液體的熱脹冷縮的性質製成 6、探究固體溶化時溫度的變化規律結論：晶體融化時有確定的溶化溫度，溶化時吸熱且溫度保持不變。 7、探究水的沸騰結論：水沸騰時吸熱溫度保持不變。 8、演示；電荷間的相互作用結論：同種電荷相互排斥 異種電荷相互吸引驗電器：檢驗物體是否帶電，根據同種電荷相互排斥的原理製成。 9、探究串、並聯電路的電流規律結論：①串聯電路中各點的電流相等 ②並聯電路中幹路中的電流等於各支路中的電流之和公式：I = I + I 10、探究串並聯電路各點間電壓的關系結論：①串聯電路兩端總電壓等於各用電器兩端電壓之和 公式：U= U + U ②並聯電路各支路兩端電壓相等 11、演示：決定電阻大小的因素結論：①導體的電阻跟導體的材料有關 ②在材料、橫截面積相同時，導體的電阻跟導體的長度有關，長度越長電阻越大 ③在材料、長度相同時，導體的電阻跟導體的橫截面積有關，橫截面積越小電阻越大 ④導體的電阻還跟溫度有關方法；①控制變數法 ②轉換法（根據電流表的示數大小判斷導體電阻大小） 12、滑動變阻器：利用改變電阻線的長度來改變連入電路的電阻，從而改變電路中的電流作用：①改變電壓 ②改變電路中的電流 ③保護電路 13、探究電阻上的電流跟兩端電壓的關系結論：①在電阻不變時，導體中的電流跟導體兩端電壓成正比 ②在電壓不變時，導體中的電流跟導體的電阻成反比方法；控制變數法，研究電流與電壓的關系時保持電阻不變；研究電流與電阻關系時保持電壓不變 14、演示：電流通過導體產生熱的多少跟什麼因素有關結論；①在電流、通電時間相同的情況下，電阻越大，產生的熱量越多。 ②在通電時間一定、電阻相同的情況下，通過電流越大時，產生的熱量越多。方法；①控制變數法 ②轉換法（溫度計的示數高低判斷產生熱量的多少） 15、奧斯特實驗表明通電導體的周圍存在磁場；注意：導線與磁針平行放置，通電時間不宜過長。丹麥物理學家奧撕特首先發現電流的磁效應，揭示了電與磁的聯系。宋代學者沈括首先發現地理兩極和地磁兩極並不重合，而稍有偏離。 16、探究；研究電磁鐵結論；①在線圈匝數不變的情況下，通過線圈的電流越大，磁性越強 ②在通過線圈電流不變的情況下，線圈匝數越多，磁性越強研究方法：控制變數法 轉換法（電磁鐵吸引大頭針的數目判斷電磁鐵磁性的強弱）應用：電磁繼電器就是利用電磁鐵來控制工作電路的一種開關。揚聲器是把電信號轉換成聲信號的裝置。 17、磁懸浮列車：根據同名磁極相互排斥的原理工作 18、演示：磁場對通電導線的作用結論：通電導線在磁場中受到力的作用，受力方向跟電流的方向、磁感線方向都有關。 19、電動機：利用通電線圈在磁場中受力而轉動的原理製成，工作是把電能轉化為機械能 20、探究：什麼情況下磁可以生電結論：閉和電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，導體中會產生電流。感應電流的方向跟導體運動方向、磁感線方向都有關。 21、發電機：利用電磁感應現象製成，工作時把機械能轉化電能。英國物理學家法拉第首先發現電磁感應現象。1876年貝爾發明了電話。 22、探究；同種物質質量與體積的關系結論；①同種物質質量與體積成正比 ②同種物質質量與體積的比值相等，不同種物質質量與體積的比值一般不相等。 23、探究阻力對物體運動的影響（斜面小車實驗）結論：小車受到的阻力越小，速度減小得越慢推論：如果運動物體不受力，它將恆定不變的速度永遠運動下去。注意；小車從同一斜面的同一高度滑下，為了得到相同的初速度。（開始運動的速度相同） 24、彈簧測力計：利用彈簧伸長跟受到的拉力成正比。 25、探究重力的大小跟什麼因素有關結論：物體所受的重力跟它的質量成正比 26、重垂線：利用重力的方向總是豎直向下的原理製成 27、探究：摩擦力的大小跟什麼因素有關結論：①摩擦力的大小跟作用在物體表面的壓力有關，表面受到的壓力越大，摩擦力越大。 ②摩擦力的大小跟接觸面的粗糙程度有關，接觸面越粗糙，摩擦力越大注意：彈簧測力計勻速拉動木塊，為了測力計示數直接讀出摩擦力的大小。 28、探究杠桿的平衡條件結論：動力×動力臂=阻力×阻力臂（F L =F L ）注意：杠桿在水平位置平衡，為了便於測量力臂 29、探究：比較動滑輪和定滑輪的特點結論：①使用定滑輪不省力，但可以改變拉力的方向 ②使用動滑輪省一半力，但不能改變拉力的方向 30、探究：壓力的作用效果跟什麼因素有關結論：①在受力面積不變時，壓力的作用效果跟壓力的大小有關，壓力越大效果越明顯。 ②在壓力不變時，壓力的作用效果跟受力面積有關，受力面積越小，效果越明顯。方法：控制變數法 根據塑料泡沫的形變程度判斷壓力的作用效果。 31、演示：研究液體壓強的特點利用壓強計液面高度差判斷液體壓強的大小，壓強計是測量液體壓強的儀器。結論：①液體內部各個方向都有壓強，在同一深度，各方向壓強相等。 ②液體壓強隨深度增加而增大 ③同一深度，不同液體壓強不同，密度越大壓強越大。 32、船閘：利用連通器原理製成 33、抽水機、水泵：利用大氣壓工作 氣壓計測量大氣壓的儀器。 34、義大利科學家奧托?格力克首先證明大氣壓的存在，托利拆利首先測出大氣壓的值。 35、探究：氣體壓強與流速的關系結論：在氣體和液體中，流速越大的位置壓強越小 36、探究：浮力的大小等於什麼結論：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等於它排開的液體所受的重力 37、輪船是採用「空心」的辦法增大可以利用的浮力原理製成； 38、潛水艇靠改變自身的重量上浮和下沉。 39、氣球和飛艇靠空氣浮力升上天空的，氣球內充的是密度小於空氣的氣體。 40、探究：動能的大小與什麼因素有關結論：①質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大 ②運動速度相同的物體，質量越大，它的動能越大 41、滾擺實驗：滾擺下降時，重力勢能轉化動能，上升時，動能轉化為重力勢能。 42、擴散實驗表明一切物質的分子永不停息地無規則運動。 43、壓縮空氣實驗；壓縮空氣做功，內能增加溫度升高，機械能轉化為內能 44、推動瓶塞做功實驗：物體對外做功，內能減少，溫度降低。內能轉化機械能。冒「白氣」是氣體膨脹做功內能減少，溫度降低液化成的小水珠。 45、探究：比較不同物質的吸熱能力結論：①質量相同的不同物質，升高相同的溫度吸收的熱量不同 ②質量相同的不同物質，吸收相同的熱量，升高的溫度不同 46、熱機是內能轉化機械能的機器。初中物理主要公式編輯 1、速度公式：V= S/t(v代錶速度，單位米每秒或千米每時，S代表路程，單位米或千米，T代表時間，單位秒或時）速度的變形公式是S=VT，T=S/V。 2、回聲測距：S=1/2VT 3、歐姆定律：I=U/R（I代表電流單位安培，U代表電壓單位伏特，R代表電阻單位歐姆）變形式：U=IR，R=U/I。 4、電功率定義式：P=W/T（P代表電功率單位瓦特，W代表電能單位焦耳，T代表通電時間單位秒） 5、消耗電能的計算式：W=PT（常用單位：1千瓦時=1千瓦*時），通電時間T=W/P。 6、電功率的定義式；P=UI 變形式：I=P/U或U=P/I。 7、電功率的推導式：P=U/R P=IR 8、焦耳定律：Q=IRT 9、電磁波的波速C、波長λ、頻率f的計算式：C=λ f, 波長=波速/頻率 頻率=波速/波長（波速等於光速為3*10米/秒，波長單位米，頻率單位H（赫茲）1兆赫=10千赫=10赫茲) 10、密度公式： =m/V（ 代表密度單位千克/立方米，m代表質量單位千克，V代表體積單位立方米）變形式：m= V 或V=m/ 。 11、杠桿平衡條件：F L = F L（距離單位統一） 12、壓強計算公式：P=F/S（P代表壓強單位帕既牛頓/平方米，F代表壓力，一般情況下壓力的大小等於重力，S代表受力面積，受力面積一般指兩物體的接觸面積，單位平方米）變形式：F=PS S=F/ P 13、液體壓強計算式：P= gh(h代表液面到某點的豎直深度） 14、浮力的計算式：F = g V（V排指物體浸入液體的體積，密度用液體密度）註：此公式也可計算物體在空氣中受到的浮力。 浮力測量式： F =G F 平衡式：F = G 15、機械功計算式：W=FS（F代表作用在物體上的力，S代表物體沿力的方向移動的距離） 16、機械功率：P=W/T P=FV （F代表運動物體受到的牽引力，V代表運動物體的速度） 17、機械效率：η=W / W 18、 滑輪組的機械效率：η=GH/FS（G代表重物重力，H代表重物上升的高度，F代表拉力，S代表繩端移動距離） 19、物質吸（放）熱公式：Q=cmΔt(Δt表示溫度的變化量，吸熱時末溫減去初溫，放熱時初溫減去末溫） 20、燃料燃燒放熱公式：Q =mq(q代表燃料的熱值）主要物理常數 1、光速：3×10 米/秒 2、水的密度：1×10 Kg/m 3、安全電壓：不高於36伏 4、家庭電路電壓：220V 5、水的比熱：4.2×10 焦/（千克。攝氏度） 6、標准大氣壓：1.01×10 帕 7、標准大氣壓水的沸點100攝氏度。

更加詳細的信息請關注我的 空間博客
http://hi..com/%C0%ED%BB%AF%B6%E1%B7%D6%C6%E6%D5%D0/blog/item/6d20f404314ce606972b43ba.html

5. 油滴實驗的實驗裝置

密立根設置了一個均勻電場，方法是將兩塊以水平方式平行排列的金屬板作為兩極，且兩極之間可產生相當大的電位差。金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經由控制電場來改變位置。
為了避免油滴因為光線照射蒸發而使誤差增加，此實驗所使用的油擁有較低的蒸氣壓。其中少數的油滴在噴入平板之前，會因為與噴嘴發生摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。
在此實驗中，油滴的運動方向共受四個力量影響： 空氣阻力（向上） 重力（向下） 浮力（向上） 電場力（向上） 首先噴入的油滴會因為電場尚未開啟而下墜（以重力加速度），並很快的因為與空氣的摩擦而到達終端速度（等速下墬）。接著開啟電場，假如此電場強度夠強（或稱電場力，FE），那麼將會使部分具有電荷的油滴開始上升。之後選出一個容易觀察的油滴，利用電壓的調整使油滴固定於電場中央，並使其他油滴墜落。接下來的實驗將只針對此一油滴進行。
然後關閉電場使油滴下降，並計算油滴在下墬時終端速度v1，再根據斯托克斯定律（Stokes' Law）算出油滴所受的空氣阻力： （空氣阻力，方向向上） v1 為油滴的終端速度；η 為空氣的黏滯系數；r 為油滴半徑。 重量W（重力）等於體積V乘上密度ρ，且由於使油滴下降的力量為重力，因此下墬加速度為g。假設油滴為完美球型，則重力W可寫成 （重力，方向向下） ρ為油滴密度 不過若要獲得較為精確的數值，則重量必須減去空氣對油滴造成的浮力（等於和油滴相等體積的空氣重量）。假設油滴為完美球型，則浮力B可寫成 （浮力，方向向上） ρair為空氣密度。 上兩式合並如下： （重力 - 浮力） 到達終端速度時加速度為零（等速下降），此時作用於油滴的合力為零，使F與W-B互相抵銷，也就是，由此可得：
一但求得r（太小以致無法直接測量），則W也可算出。
再來將電場重新開啟，此時作用於油滴的電場力為 （電場力，方向向上） q為油滴電荷；E為電極板之間的電場。 平行板狀電極產生的電場則可以下式求得： V為電位差；d為平板之間的距離。 若以較為直截了當的方法，q可經由調整V使油滴固定，再由FE = W - B算出：
不過這種方法實際上難以實行。因此也可使用較容易操作的方式：稍微再將電壓V向上調升，讓油滴上升並得到一個新的終端速度v2，再從下式中得到q： （電場力 - 重力 + 浮力 = 油滴向上爬升到達終端速度時所受的空氣阻力）

6. 某科學興趣小組的同學設計了如下三個實驗裝置（天平略）來驗證質量守恆定律．（1）上述的A～C三個實驗裝

（1）①B裝置內發生抄的變化屬於物理變化，不能用質量守恆定律解釋；
C裝置內產生的氧氣會逸散到空氣中，因此不能用來驗證質量守恆定律．
故填：B裝置內發生的變化屬於物理變化；C裝置內產生的氣體會逸散到空氣中．
②紅磷燃燒的化學方程式為：4P+5O₂