1、正興國中二年級資優班自然科技組組員：莫語紓 余芷璘 一、研究動機 有一次參加科工館的科學活動，做“浮沉子”這項實驗時，發現只要輕壓寶特瓶身，就可以使瓶中的浮沉子上下移動，十分有趣，決定朝這方面去研究；我們希望藉此次的研究了解浮沉子的原理，並嘗試用簡單容易取得的日常用品來製作，檢討改進其運用。二、研究目的1.探討兩種浮沉子形式：開放式及封閉式浮沉子所應用的原理。這是蕭次融教授所做的點滴型浮沉子.卡哇咿!2.針對開放式浮沉子：(1)穿孔的大小是否會影響浮沉子 移動的速度？(2)在比重不同的溶液中，移動速 度有何不同？3.針對封閉式浮沉子：(1)汽球大小是否影響浮沉子的移 動速度？(2)浮沉子的配重
2、對移動速度的影 響？(3)瓶中空氣量和所施力的關係？(4)水溫對浮沉子的影響？三、研究器材 透明的小瓶子(2個)、熱融膠、鐵釘（穿孔用）、熱融槍、螺帽（4個）、汽球（6個）、橡皮筋（4條）、氣嘴（4個）、鐵墊圈（數個）、寶特瓶、水、打氣筒、球針（2個）、大塑膠 桶、冰塊、溫度計。四、研究步驟一.浮沉子的製作“開放式”浮沉子的做法：1在透明小瓶子的瓶蓋上用鐵釘鑽一個洞；2用熱融膠把螺帽黏在瓶蓋上；3調整瓶中的水量，放入裝水的寶特瓶中，使浮沉子恰好浮出水面一些。“封閉式”浮沉子的做法：1將汽球套在氣嘴上，用橡皮筋綁緊；2用打氣筒將空氣打入汽球，使汽球膨脹；3在氣嘴上套適量的鐵墊圈，再以螺帽鎖緊氣嘴
3、，避免鐵墊圈滑落；4將浮沉子放入裝水的大塑膠桶中，使其恰好浮出水面一些。二.實驗：封閉式浮沉子的汽球大小、配重，瓶中空氣量及水溫的影響。1.汽球大小：用打氣筒打氣，由於打入的空氣量不同，汽球的大小也不同，套上相同數量的墊圈，不做任何調整，直接放入瓶中，用手壓瓶身，觀察浮沉子在水中移動的情形。2.配重：用同一封閉式浮沉子，改變所套的墊圈數，觀察其影響。3.空氣量：先倒入半瓶水，將調整好的浮沉子放入，用手壓瓶身，使浮沉子下沉；加水至水滿，再壓瓶身，使浮沉子下沉，比較兩次施予瓶身的力之大小。4.水溫：將冰塊丟入瓶中，觀察浮沉子的變化並記錄水溫；將冰水倒掉一半，加入1/4常溫水，使浮沉子保持下沉狀態，
4、慢慢加入熱水，觀察浮沉子的變化並記錄水溫。五、研究結果與討論(一)浮沉子所用的定律：阿基米得原理：物體在液體中所受的 浮力等於所排開的液重。巴斯卡原理：密閉流體的任何一部分 一旦受到壓力，此壓力可傳至流體的 每一個部分，且壓力大小不變。波以耳定律：密閉容器內的氣體，在溫度不變的情況下，氣體的壓力 與氣體的體積成反比(PV=定值)。波以耳查理定律：符合下列公式 的氣體，稱為理想氣體，在壓力不 變情況下，體積與絕對溫度成正比 。公式:(二)探討浮沉原理：開放式：將浮沉子放入寶特 瓶，手施壓於瓶身，水中各點 所受壓力相同。壓時浮沉子外 部水壓增加，大於內部空氣壓 力，而將水擠壓入浮沉子內，使浮沉子總
5、重量增加，大於所 受浮力而下沉；放開時則反 之。封閉式：將浮沉子放入寶特瓶，手施壓於瓶身，水中各點所受壓力相同。壓時浮沉子外部水壓增加，大於內部空氣壓力，將汽球壓縮使其體積變小，浮沉子所受浮力也因而變小，而下沉；放開時則反之。(三)封閉式浮沉子的實驗：1.汽球較大時，需施予瓶身較大 壓力浮沉子才會下沉；若汽球過 大，則浮沉子不會下沉。反之，汽球較小時，只需輕壓瓶身即可 使浮沉子下沉，若汽球過小，則 放入水中後便直接下沉，不上 浮。2.墊圈一個重量約為3.50g，平時做實驗都套6個墊圈，這次我們分別改成套7個與套8個，發現雖然每次只差1個墊圈，但浮沉子移動的速度卻有很大的差異，墊圈數越多，下沉速
6、度越快。3.當瓶中只裝半瓶水時，需施予瓶身很大的壓力才可使浮沉子下沉；但是當瓶中裝滿水時，只需輕輕按壓瓶身就可使浮沉子下沉。總之，水裝的越多，所施予瓶身的壓力就越小。4.加入冰塊後不久，汽球遇冷而收縮，浮沉子體積變小，所受的浮力也變小而下沉，當時水溫約為78；將熱水倒入瓶中後，汽球遇熱而膨脹，浮沉子的體積變大，所受的浮力也變大而上浮，當時水溫約為6070。六、結論 藉由此次研究，我們發現日常生活 中有許多事物也是利用浮沉子的原 理，如：潛水艇、釣魚用的浮標與鉛 錘等。讓我們一起來動動腦：利用浮 沉子的原理，還可以發明哪些實用的 東西呢？這就有待大家一起努力囉！七、補充資料其他類型的浮沉子：其他
7、類型的浮沉子：作法：使用點滴吸管 1.取點滴吸管(塑膠製)。2.將細管部分剪掉，留約1公分。3.從點滴吸管的細管方向插入銅釘(不易生銹)數支，即成浮沈子。4.將浮沉子置於杯內的水中，試其浮沉的程度。作法：使用一般吸管 1.取一般吸管(可彎曲)數支。可 選用不同顏色，以便觀察。2.取 適當長度(約10公分)。3.將吸管 折成兩段（須等長）。4.將一般 髮夾兩端分別插入吸管的兩個管 口，使兩管口固定在一起，即成 浮沉子。5.將浮沉子置於杯 內的水中，試其浮沉的程度。八、參考資料小百科報報第47期浮沉玩偶台灣師範大學化學系 蕭次融教授科學教育月刊第132期 民國79年9月科學教育月刊第137期 民國80年2月民國84年遠哲科學趣味競賽手冊69頁科學實驗莊毓文 宇聯出版社http：/pck.bio.ncue.edu.tw/
