实验步骤
1.实验前的估算
(1)利用传感器测量出塑料板的重力为G=4.16 N(如图2),规格为30 cm×20 cm×6 mm的塑料板漂浮在水中受到的最大浮力约为F浮=ρ水gV板=1×103×10×0.3×0.2×0.06 N=3.6 N。
(2)为了保证塑料板漂浮而不会浸没水中,初始状态塑料桶的重力应在0.56~4.16 N之间,本实验取3.39 N(如图3所示)。

图2 实验前塑料板称重

图3 实验前塑料桶称重
2.实验前的组装
(1)将铁架台放置在水平实验桌面上,用固定架固定住两根不锈钢管。
(2)将带滑轮的木板(滑轮相距40 cm)放置横杆上,并用固定夹固定。
(3)用水平仪检测木板是否水平。若不平,调节铁架台上固定夹的位置,直到水平仪检测水平位置(如图4)。

图4 调节木板水平

图5 塑料板调节水平
(4)将粘贴挂钩固定在亚克力塑料板四个角,使钩子沿着对角线,然后用两根等长的细线(约45 cm,大于对角线长度)将处于对角线的两个挂钩连接起来。在两条细线交叉处再连接一短绳套,悬吊起来,用水平仪检测塑料板是否水平。若不平,调节结点的位置,直到水平仪检测到塑料板水平(如图5)。
(5)取长约60 cm长带绳套的细棉线穿过两个滑轮,一端连接塑料板,另一端连接塑料桶,实验装置(如图6)。
(6)慢慢地将塑料板浸入水中(但不浸没,用吸水纸检测上表面无水),塑料桶悬挂在空中。

图6 实验装置图
3.实验中的操作
实验一:采用注水的方式,但是发现灌满水,也没有使塑料板脱离水面。
实验二:改为用手缓慢用力往下拉塑料桶直至塑料板脱离水面,观察传感器的示数最大值为6.67 N(如图7);但是塑料桶装满水的总重量为4.69 N(如图8),所以无法使板脱离水面。

图7 试测传感器最大示数

图8 塑料桶装满水的总重量
实验三:改为向塑料桶中添加沙子的方式改变拉力。
(1)用手抖动塑料瓶,缓慢向塑料桶倒入沙子,观察传感器示数的变化(如图9)。
(2)当观察到塑料板脱离水面上时,停止倒入沙子。

图9 传感器示数变化(部分)