生活上的科學現象
─沉浮子
班級：四動二 A 姓名：許維萱
學號：4970T093
摘要：
內容
簡介：
是根據阿基米德原理應用，製作出一個可以在水中隨意改變密度的浮標，將它放 入水瓶中，藉著改變水進出浮標，而使浮標往上浮或著往下沉，這個實驗可以瞭 解浮沉浮標進水速度快慢與沉浮快慢之關係以及物體體積和浮力大小的關係。
結論：
其原因是沉浮子浮在水面時，其重量與沉浮子內部的空氣所提供的浮力互相平 衡，壓寶特瓶時，因為水的壓力增加，水會進入沉浮子而減少其內部空氣的體積
（空氣的粒子數沒有減少），浮力因而降低，沉浮子就會沉下去。反之，放鬆寶 特瓶，水的壓力降低時，沉浮子內部空氣的相對壓力較大，會將水擠出，使沉浮 子空氣體積增加，浮力也增加了。
一、 影響浮沉子最主要的原因是其內所佔的空氣體積，體積越多，下降所花的 力氣就需要比較多。
二、 吸管的質地也會影響浮沉子的程度，越硬質地的吸管改變體積較困難，故 下降所花的力氣較多。
三、 排水順利與否也會影響浮沉子的升降，排入或排出液體越順利，浮沉子就 越容易升降。
四、 浮沉子所在的液體也影響了其升降，液體密度越高，使其下降到底部所花 的力氣就越小。
五、 用日常生活中的一些便宜的小物品可以做出一項不錯的物理實驗，但是其 務差確實比較大。故本次實驗判斷的標準需要更進一步的用精確的儀器測量和探 討。
實驗器材:
銅釘數支、滴管兩個、寶特瓶乙支、燒杯乙個 實驗原理：
物體在水中的沉浮，遵從「浮沉原理」。當物體的重量（重力）大於浮力時，物 體即下沉。反之，當物體在水中的浮力大於物體的重量時，物體即浮上來。物體 在水中所得浮力的大小，就如同「阿基米得原理」所說：「一個物體在液體中得 到的浮力等於其所排開的液體的重量」。如果能夠改變寶特瓶內浮沉子的重量，
或其在水中的體積（浮力），就可以操縱浮沉子的浮沉。
「帕斯卡原理」說：「密閉流體的任一部分受壓，所受的壓力可以傳至流體的每 一部分，大小不變」。因此，在裝滿水的密閉寶特瓶外的任一地方施壓，瓶內的 浮沉子會感受到壓力。若浮沉子有小孔可讓水進出，則水會從小孔進入浮沉子 內，增加重量而往下沉；若放鬆壓力，則被壓進浮沉子內的水就會流出來，浮沉 子減輕重量而浮上來。因此改變小孔的大小，控制水從小孔進出的快慢，就可控 制浮沉子增減重量的快慢。小孔的孔徑約在 0.2~0.3mm 時，最容易調慢浮沉子增 減重量的速率。
若浮沉子完全密閉，水不能進出浮沉子，就不能改變其重量，但若能改變其在水 中的體積，即改變其所得浮力，也可以操縱其浮沉。例如用塑膠滴管所製成的密 閉浮沉子，因塑膠的軟硬不同，浮沉子受壓改變體積的程度不同，也可以因其在 水中所得浮力改變的快慢，即可控制其沉浮次序。
實驗步驟:
(A) (B) (C) (D) (E)
圖一：使用滴管製作浮沉子的程序
0.8
(A) (B) (C) (D) (E)
圖一：使用滴管製作浮沉子的程序
(1) 取滴管（塑膠製，容量 1 mL）數支。以油性色筆分別寫號碼。
(2) 將吸管的細長部分剪掉，只留約 0.8 公分，如圖一(A)。
(3) 從滴管頭部靠近細管的地方插入銅釘（不易生銹）3~5 支如圖一(B)，即成「浮 沉子」。
(4) 將浮沉子置於杯內的水中，試其浮沉的程度，用手指在水中輕壓浮沉子，當 手指一鬆，水即進入浮沉子，增加其質量。取出浮沉子，輕壓，水即滴出，浮沉 子減重。如此反覆，調整浮沉子的沉浮程度，使其只冒出水面一點點即可，如圖 一(C)，即成可變重量的浮沉子。
(5) 若在吸管口插入一支銅釘，封閉管口，或採用下述 6 的方法，用打火機加熱 封口，而以別針在吸管頭戳一小孔（孔徑約 0.2~0.3 mm）如圖一(D)，然後如同 步驟 4 調整浮沉子的沉浮程度，就可由小孔的大小，控制水進出小孔的速率，進 而控制浮沉子的沉浮次序。
(6) 若如圖一(E)，完全封閉浮沉子，則用打火機或蠟燭的火焰熱一下細管口，
至受熱部分變成透明，然後在瓶蓋上或桌上用打火機的側面壓一下，或用箝子夾 緊便可完全封閉浮沉子。
（三）、沉浮子
相信很多人玩過這個遊戲，就是裝了水的寶特瓶中，放入用筆套（加紙黏土）或 是吸管（加迴紋針）當為沉浮子，旋緊瓶蓋後（此時沉浮子是浮在水面上），用 手壓寶特瓶，沉浮子就會沉下去，放鬆，沉浮子就會浮上來。其原因是：沉浮子 浮在水面時，其重量與沉浮子內部的空氣所提供的浮力互相平衡，壓寶特瓶時，
因為水的壓力增加，水會進入沉浮子而減少其內部空氣的體積（空氣的粒子數沒 有減少），浮力因而降低，沉浮子就會沉下去。反之，水的壓力降低時，沉浮子 內部空氣的相對壓力較大，會將水擠出，使空氣體積增加，浮力也增加了。
在教學時，筆者建議使用吸管套上迴紋針的方式當為沉浮子的方式比較簡易且方 便，使用紙黏土容易因為具有可溶性而產生浮力變化。首先教師先做好一個成 品，以示範方式讓學生觀察其沉浮現象，「驚訝」的效果會相當不錯。接著說明 其製作方法與注意事項，尤其要提醒學生沉浮子不可以露出水面太高，否則會發 生無論如何用力都無法沉下去的狀況，換言之，沉浮子露出水面越少，越容易沉 下去。
在學生已經製作並操作完成後，教師可以發問以下問題：（1）慢慢用力壓，仔細 觀察吸管內部（建議使用透明的吸管與寶特瓶）的水面變化，並想一想為什麼（小 組討論）？教學目標為學生能仔細觀察出水會進入吸管內部，並能討論出其原因 是因為水的壓力比較大。（2）以創意競賽方式，各組比賽製作出能夠「依序」先 後沉下去的沉浮子，越多順序越好。筆者在師院實施的結果，最高紀錄是六個順 序，小學生應至少可做出三個。（3）發揮想像力，製作出在沉浮過程中會「旋轉」
的沉浮子。這個學習任務可能比較難，可以提醒學生想一想電風扇的形狀。（4）
各組討論想一想，除了吸管、筆套，還有哪些東西可以用來做沉浮子？
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許良榮（民 90）：「自然與生活科技」學習領域之教學活動的設計。刊於中區九 年一貫課程裡念與實例(pp.209-220)。台中師院
