浮力實驗裝置的改進

⑴ 圖是一種牲畜飲水用自動裝置的示意圖．水箱底部有一出水孔，底蓋A甲時頂住水箱的出水孔．一旦飲水槽水位

（1）此裝置應用了壓強、浮力、連通器、力的平衡等物理知識，例如，兩個牲畜飲水槽利用了連通器原理；浮球c受到水的浮力．
（2）以ABC為一整體進行受力分析：
ABC整體受到重力、水箱及其中的水向下的壓力和向上的浮力，
當浮球受到的向上的浮力大於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力時，底蓋A會頂住水箱的出水孔．不再有水從水箱流入飲水池，
底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力G=mg=（600×10^-3kg+400×10^-3kg）×10N/kg=10N，
水箱中蓄滿水時，由公式p=ρgh及p=

F

S

得：
水箱中的水對底蓋A向下的壓力F=ρghS=1.0×10³kg/m³×10N/kg×0.6m×30×10^-4m²=18N，
由阿基米德原理，可得浮球受到的最大浮力F_浮m=ρ_水gV_排m=1.0×10³kg/m³×10N/kg×2×10^-3m³=20N，
因為在水箱中蓄滿水時，浮球受到的最大浮力（20N）小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力（10N+l8N=28N），
所以，這個自動裝置在水箱蓄滿水時不能正常工作．
（3）第一種情況：從上述計算過程可以看出，該自動裝置能正常工作的條件是要保證浮球受到的向上的浮力不小於底蓋A、豎桿B和浮球C受到的重力及水箱中的水對底蓋A向下的壓力的合力，因此浮球受到的重力（質量）；浮球的體積；底蓋A和豎桿B受到的重力；出水孔橫截面積的大小等都是影響此自動裝置能否正常工作的因素）
第二種情況：要使這個自動裝置在水箱蓄滿水時仍能正常工作，可以採取的改進措施有：①適當減小出水孔的橫截面積；②適當降低水箱蓄滿水時的水位高度；③保持浮球質量不變的情況下，適當增大浮球的體積；④在保持浮球體積不變的情況下，適當減小浮球的質量．

⑵ 同學們在學習「阿基米德原理」這節課上，仔細觀察了老師所做的演示實驗（如圖l）．課後復習時，物理興趣

（1）用彈簧測力計A測出物體C的重力為G，逐漸調高平台，使重物浸入水中，讀出彈簧測力計A的示數F₁和彈簧測力計B的示數F₂，比較G-F₁和F₂的關系．
（2）對比圖1、圖2的兩組實驗可知：圖2的實驗中，把水變為紅色是為了增加可見度；
使用可調節的平台，可以形象觀察到物體排出液體體積的增大；
使用鐵架台是為了固定彈簧秤方便老師講解．
故存在的優點有：①溢水杯中加紅色水，增加了可見度；
②能同時顯示出物體所受的浮力大小和物體排開液體的重力大小，便於直觀比較；
③調節平台F的高度還可以觀察到物體受到的浮力隨排開液體的體積的增大而增大；
④彈簧上端固定住鐵架台上，彈簧測力計示數更穩定
⑤薄塑料袋不計質量，彈簧測力計B的示數直接反映物體所受的浮力大小，操作簡便；
⑥上課時不用老師拎著彈簧測力計讀數，便於老師的講解．
故答案為：①溢水杯中加紅色水，增加了可見度；
②能同時顯示出物體所受的浮力大小和物體排開液體的重力大小，便於直觀比較．（上面的任意2條即可）
（3）如圖：

①用彈簧測力計測出石塊的重力G，
②在量筒中裝入適量的水，測出水的體積V₁；
③將石塊浸沒在量筒中，讀出彈簧測力計的示數F，讀出此時水的體積為V₂；
驗證：若G-F=ρg（V₂-V₁，）則阿基米德原理成立，反之則錯誤．