浮力實驗設計教學過程研究

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一、趣味小實驗引出“主角”

不管是人教版物理教材還是蘇教版物理教材，在《浮力》一章中，都是通過河面上的小鴨子、水上的游船以及漂浮在海面上的冰山等事物因受到了一種向上的力而沒有沉入水中引出浮力的概念，并且給予了浮力一個簡單易懂的定義。筆者認為，學生從課本上獲得的對浮力的感知是不直觀的，教師不妨通過一些簡單有趣的課堂小實驗激發學生對“浮力”的好奇，提升學生學習的積極性，加深學生對“浮力”的感知。教師可以選取一些身邊隨處可見的小物品，如飲料空瓶、乒乓球等進行課堂小實驗，并邀請部分學生上講臺參與實驗、分享體會。學生將飲料空瓶的瓶蓋擰緊并將空瓶緩緩按壓到裝有水的透明水槽中，學生在緩慢按壓的同時體會到一種向上的力，當空水瓶被按壓到水槽底部后學生迅速松手，塑料瓶迅速地向上運動，臺上的學生與臺下的其他同學分享自己剛才在按壓塑料瓶的過程中的感受。隨后，教師引導學生思考、討論：空塑料瓶到達槽底后，手迅速松開與塑料瓶不再接觸，手對塑料瓶不再有力的作用，此時是什么樣的力讓塑料瓶迅速上浮的呢？于是，學生在有趣、輕松、愉悅的學習氛圍中，對浮力有了一個初步的直觀感知。

二、開展多組實驗以深入了解浮力

學生在上述小實驗中初步感知了浮力，教師在接下來的教學中可以通過一系列實驗帶領學生更深入地了解浮力。（一）浮力的方向及作用點實驗。教師在該實驗中選用了乒乓球為研究對象：教師將乒乓球放入裝有水的大燒杯中，待乒乓球穩定以后，教師引導學生明確乒乓球靜止的原因是受到了浮力和重力兩種力的相互作用且兩種力的大小相等、方向相反；教師要求學生畫出乒乓球的受力分析示意圖并向學生滲透“我們在中學物理中一般將浮力的作用點視為重心”的基本常識；教師將乒乓球從水里撈出，用透明膠將一根細彩帶固定在乒乓球的一端，彩帶的另一端固定在一個銅塊上，將乒乓球與銅塊一起放入大燒杯中，這時讓學生注意觀察乒乓球上升的速度與位置，隨后教師將燒杯傾斜適當的角度，讓學生觀察實驗現象并嘗試總結。最終，學生在教師的引導及與同學之間的討論中得出結論：無論燒杯是水平放置還是傾斜，乒乓球始終會在水的浮力作用下上浮，而拉住乒乓球的那根彩帶是始終垂直于水平桌面的，也就是說，浮力的方向是始終垂直于水平面的。（二）實驗探究浮力產生的原因。首先，教師取出一個空塑料瓶，將它的瓶蓋擰開，用剪刀將瓶底減掉。然后教師拿出一個乒乓球放入倒放的塑料瓶中，瓶口下部放置一個燒杯用來接水。隨后教師向塑料瓶中倒水，有部分水在乒乓球上部，有部分水從瓶口流出落入燒杯中，乒乓球并未浮起，此時，教師用手堵住塑料瓶口，乒乓球浮上水面。學生看到實驗現象后非常驚訝，不少學生已經開始思考產生這種現象的原因。學生內心充滿了好奇與疑問，教師趁熱打鐵展示下一個觀察實驗：教師取出一個在兩邊蒙上橡皮膜的玻璃圓筒，橡皮膜兩邊的繃緊程度完全相同；將玻璃圓筒水平放入水中，可以看到橡皮膜兩邊的凹陷程度是相同的；將玻璃圓筒豎直放入水中，可以看到橡皮膜兩邊的凹陷程度不同。教師給學生解釋說：橫放時圓筒兩邊的橡皮膜在水里的深度相同，所以水對左右兩側橡皮膜的壓強相等，從而水對兩邊橡皮膜的壓力相等，水平方向合力為0；豎直放入時圓筒兩端橡皮膜距液面的深度不相同，水對上端橡皮膜的壓強小于水對下端橡皮膜的壓強，所以上端橡皮膜受到豎直向下的壓力小于下端橡皮膜受到的豎直向上的壓力，上下兩個表面受到的壓力差就是我們所說的浮力，所以浮力產生的原因是液體對物體上下表面的壓力差。此時，教師給學生留下了一個課堂討論題：誰能用浮力產生的原因來解釋一下第一個實驗的現象？學生進行了積極的思考與討論，不久后就開始積極表達自己小組的意見，“老師，你的手沒有堵住瓶口時，乒乓球的下表面相當于沒有水，沒有水就不會受到來自水的豎直向上的壓力，但是乒乓球的上表面有水，它就只單方面受到水的向下的壓力，這樣的話，乒乓球就不受浮力作用，所以乒乓球就不會浮起來。”另一位學生接著說道，“當老師用手堵住瓶口后，乒乓球的下表面就慢慢聚積了水，而乒乓球的下面有了水以后就會受到水對它的豎直向上的壓力。當這個力大于乒乓球所受到的豎直向下的重力時，乒乓球就會浮出水面。”……學生的回答超乎了教師的預想，這些都是他們通過自己的思考、討論、合作而得出的結果，并且這結果是正確的。

三、經典實驗推導計算公式

（一）歷史故事引出實驗靈感。教師在進行實驗之前，不妨先簡述一下阿基米德的故事，以此來豐富課堂教學內容，增進師生之間感情：有一天，阿基米德到澡堂去洗澡。當他躺進澡盆時，發現自己身體越往下沉，盆里溢出的水就越多。而他則感到身體越輕。突然阿基米德欣喜若狂地跳出了澡盆，甚至忘記了穿衣服就直奔王宮，邊跑邊喊：“找到了，找到了！”阿基米德找到了什么？他找到的不僅是鑒定金王冠是否摻假的方法，而且是重要的科學原理，即浸沒于水中的物體受到一個向上的浮力。（二）實驗過程。教師取一鐵圓柱體，先在空氣中測量其重力的大小，接著測出空燒杯的質量，接著把圓柱體浸沒在裝滿水的溢水杯中，用空燒杯接住從溢口流出的水，測出溢出的水與空燒杯的質量和后計算出溢出的水的重力的大小；測量出圓柱體浸沒入水中但不接觸杯底時所受的力的大小并記錄下來，這個力為圓柱體受到的重力與浮力的合力。師生比對前后數值發現，物體排開水所受的重力的大小等于物體所受到的浮力的大小。（三）得出結論。教師引導學生閱讀課本，理解阿基米德原理：浸入液體里的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于它排開的液體所受到的重力大小，即F浮=G排=ρ液g•V排（g為重力加速度）。（四）歸納總結。學生經歷了自身參與并體會實驗、記錄實驗數據、閱讀課本理解原理與公式的過程，對浮力的計算有了較深刻的理解，對浮力的理解也步入到更加深刻的層次。通過實驗開展教學不僅使學生深刻理解教學難點，而且鍛煉了學生的觀察能力、總結概括能力與自我學習能力，讓學生體會到了物理這門以實驗為主的學科的魅力！以上種種是筆者總結的與《浮力》教學相關的實驗，通過這一系列的實驗展開教學，收獲了較好的效果。

作者:羅美蓮 單位:賀州市平桂區第二初級中學