阿基米德浮力水槽

“阿基米德浮力水槽”是一个互动式 3D 流体静力学实验室，学生可以亲手验证阿基米德原理。测试物块悬挂在已装满至溢水口的溢水杯正上方的校准弹簧测力计下。当学生将物块向下拖入液体，或点击架子上的样品材料时，水会从溢水口流入电子天平上的接水烧杯中。实时 3D 矢量箭头对比向上的浮力 F_b = rho_f g V_sub 与向下的重力 mg，同时读数面板显示弹簧测力计上的视重、排开水的重力、以牛顿为单位的浮力，以及松手后物体会漂浮还是下沉。

• 将铝块先拖入水中一半，再完全浸没到水下，检验“视重”的减小量是否等于接水烧杯中“排开水的重力”。
• 开启“自由漂浮 / 下沉”，测试木块 (600 kg/m³) 和冰块 (917 kg/m³)，观察平衡时每个物块浸入水中的体积百分比。
• 选择“空心船体” (450 kg/m³)，并将其与实心铁块 (7870 kg/m³) 的表现进行对比，理解为什么钢铁轮船能浮在水面上。
• 将“流体密度”从 800 kg/m³（油）增加到 1400 kg/m³（浓盐水），观察向上的浮力箭头如何变长。
• 比较体积同为 2.0 L 的铝块、铁块和金块在完全浸没时的情况，验证浮力取决于排开液体的体积，而与物体自身的密度无关。

1. 1阐述阿基米德原理，并利用公式 F_b = rho_f g V_sub 计算浮力。
2. 2解释为什么物体在流体中的视重等于真实重力减去浮力。
3. 3通过比较物体的平均密度与流体密度，预测物体会漂浮、下沉还是悬浮。
4. 4解释将高密度材料做成空心结构如何降低其平均密度，从而使钢铁船体能够漂浮。

教师常问的问题