将长方体定位在不同浸没位置，读取容器实际计算的排液体积和浮力，再用长、宽、浸没高度独立计算排液量。定位状态相当于外部支架扶持物体；最后解除固定，观察它的运动。
学习目标
- 测量排开液体的体积与液体对物体的浮力
- 检验 F浮 = ρ液gV排
- 区分浸没体积、全浸深度与物体重力的作用
实验器材
- 可排液升降液面的固定水槽
- 10 × 10 × 5 cm 长方体，质量 1 kg
- 最小分度 1 mm、每 5 cm 标数的标尺
- 实时浮力与排液体积观测板
实验准备
- 方块初始锁定，相当于支架保持其位置。用对象的锁定按钮切换；定位测量期间锁定，释放实验才解锁。
- 方块前后宽度为 5 cm，正面宽高均为 10 cm；不把二维面积直接当作体积。
- 读数前点击开始使测量更新，再暂停读取；调整位置时先暂停、解锁移动、再锁定。液面会随物体排液改变，以实际液面为准。
操作步骤
测量初始半浸状态
保持方块水平、锁定，开始运行后暂停，读取观测板的 V排 与 F浮。放大至相邻 1 mm 小刻度能清楚辨认，用标尺测量从当前液面至方块底面的高度，乘以 10 cm × 5 cm，独立算出排液体积。
改变浸入程度
暂停后解锁并上下移动方块，使它约有 1/4、1/2 及全部体积浸入；重新锁定，开始后再暂停，记录实际浸没比例、V排 和 F浮。用同一方块、同一液体保持其他条件不变。
检验全浸深度的作用
在方块全浸且不碰槽底时，继续下移 2–3 cm。比较两次排液体积与浮力。不要让方块碰壁或穿过槽底；深度改变而排液量保持不变。
改变液体密度
保持方块全浸，选中液体，把密度依次设为 800、1000、1200 kg/m³。每次运行并暂停后记录，比较 F浮/ρ液，并与 gV排 对照。
比较浮力与重力
恢复水的密度 1000 kg/m³。全浸状态下，方块重力为 9.8 N；解锁方块再开始，观察下沉方向。运动读数受液体阻力和惯性影响，不将运动过程当作静态称量。
观察与记录
- 记录浸没高度、几何算得的 V排、观测板 V排、F浮、液体密度五项。
- 静态定位时，观测板给出液体施加的浮力，不包含外部定位支架的力。
- 检查每次读数时物体未碰槽壁、槽底，液面已平稳。
预期结果
- 物体总体积 500 mL；浸没 1/4、1/2、全部时，水中参考浮力依次为 1.225、2.450、4.900 N。
- 全浸时，ρ液 = 800、1000、1200 kg/m³ 对应 3.920、4.900、5.880 N；全浸后继续增加深度不改变浮力。
- 1 kg 方块在水中完全浸没时重力大于浮力，解除固定后下沉；浮力方向仍向上。
课堂讨论
- 相同物体全浸后继续下移，浮力为何不继续增大？
- 水换成油后，体积不变时浮力如何变化？
- 浮力存在是否意味着物体一定会上浮？
模型与适用范围
- 长方体按正面几何乘以前后宽度计算体积；本课不把结果外推为任意三维不规则物体。
- 标尺真实分度为 1 mm，每 5 cm 标数字；缩小时会省略过密刻度。放大至毫米刻度清晰后，两个位置各按半个分度估读，高度差不确定度约 1 mm，对本物体相当于约 5 mL 和 0.049 N。未放大时须按当前可辨的最小刻度估计误差，不能沿用毫米精度。
- 本课以静态定位的液体合力检验原理，未布置溢水杯收集与弹簧测力计称重；液体阻力、随动惯性仅在释放后参与运动。