淺談初中物理浮力產(chǎn)生原因演示實驗的研究

吳勇靈

（黔南民族師范學院物理與電子科學系，貴州 都勻 558000）

一、問題的提出

物理學是一門以實驗為基礎的學科，而中學生在學習階段心理特點是由形象思維向抽象思維發(fā)展，特別是初中的學生，抽象思維的能力還不夠強，而且又是剛學習物理知識，教師必須注意這兩種因素，做好初中學生學習物理的“引路人”或“啟蒙者”。這就要求在物理教學中（特別是初中）要加強直觀教學。具體措施就是做好演示實驗，激起學生的興趣，開發(fā)學生非智力因素，從而幫助他們理解和掌握物理知識，逐步發(fā)展他們的認識能力[1]。筆者在進行中學物理實驗教學研究的教學過程中，向?qū)W生提如下問題：

如圖1所示，物體是否受到浮力的作用呢？

圖1

很多學生都認為，物體受到的浮力應該等于它所排開的液體所受到的重力，即圖1所示的物體均受到浮力的作用。然而實際上只有（d）圖的物體受到浮力的作用，（a）～（c）的物體沒有受到浮力的作用。學生對這個問題不能做出正確的回答是因為她們對浮力產(chǎn)生的原因不理解。為此，筆者查閱了相關(guān)資料，在文獻[2]上沒有對浮力的定義及浮力的產(chǎn)生原因進行介紹，重點介紹的是浮力的大小計算（阿基米德定律）及簡單應用；在文獻[3]和[4]上指出：“浸在液體（或氣體）中的物體，受到液體（或氣體）對它向上的托力，這個力叫做浮力；浮力產(chǎn)生的原因是液體（或氣體）對物體向上和向下的壓力不同，浮力的實質(zhì)是液體（或氣體）對物體向上和向下的壓力之差”。但是對浮力產(chǎn)生的原因沒有相關(guān)的實驗驗證。浮力產(chǎn)生的原因是學生不好理解的一個問題，用在液體中取假想液塊的方法非常抽象，對初中生而言，是無法理解的。如果教師對浮力產(chǎn)生的原因進行一些演示實驗，可以幫助學生建立浮力概念、理解浮力產(chǎn)生的原因。因此，筆者設計了一些浮力產(chǎn)生原因演示實驗的幾種方法，與大家共同探討。

二、浮力產(chǎn)生原因演示實驗的設計

1.用一個能蓋緊蓋子的盒子進行演示

找一個可以蓋緊蓋子的空盒子，如咖啡盒或密封糖罐，在將蓋好蓋兒的盒放入水底的過程中，手會感到向上的托力，無論橫放還是立放，只要松開手它就會浮上來。讓學生觀察清楚后再進行如下演示：（1）用一根結(jié)實的橡皮筋一端與盒子連在一起，另一端與一個放在水中能夠下沉的物體連在一起，必須注意的是將連在一起的盒子與物體放入水中時，橡皮筋能夠拉直且盒子全部被水淹沒，物體沉到水底（如圖2[a]），記下橡皮筋的改變量。（2）把盒中裝滿水或其他物體，使它放在水中不再浮起（如圖2[b]），記下像僻靜的長度。然后取出盒子，用同一根橡皮筋與盒子連接起來并將將提起，記下在空中時橡皮筋的長度，兩次數(shù)值之差就是橡皮筋的改變量。橡皮筋的變化表明，兩次橡皮筋的改變量一致，說明盒子受到浮力的作用且大小相等。在這個實驗中，主要存在的問題是對于像僻靜在水中時如何準確的測量它的長度，因此教師必須做好長度的測量。

圖2

2.雙乒乓球?qū)嶒?/p>

圖3

圖4

找空礦泉水瓶一個和一個空高橙飲料瓶、乒乓球兩個、一根鐵絲。將礦泉水瓶底和高橙飲料瓶的上半部分剪去，然后做成如圖3所示的裝置。實驗時，將該裝置放在講桌上，然后在礦泉水瓶中放入兩個乒乓球，因為瓶身不大，兩個乒乓球會一個在下堵住瓶頸，另一個在上，有一個杯子或小桶從上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶頸，水只能向下滲漏。隨著瓶內(nèi)水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也隨之上升。下面的乒乓球雖然周圍和上面都是水，但它卻沒有上浮。直到飲料瓶的水位位于瓶口和瓶頸之間，下面的乒乓球的底部也會浸沒在水中，它才會上升到水面。

3.上浮的木塞

取空高橙飲料瓶一個、圓木塞一只、粘膠。圓木塞要剛好塞在飲料瓶口上，不要太緊。再在圓木塞中央鉆一個直徑約5mm的小孔。將飲料瓶的中間部分剪去，依然瓶口向上地將瓶頸用粘膠粘接在瓶內(nèi)底部（如圖4）待膠干后即可使用。實驗時，將木塞放在瓶口上，再用杯子裝水沿瓶壁倒入瓶中。很快水將浸沒木塞周圍，但此時木塞并不上浮。水面繼續(xù)上升，漫過木塞上表面，經(jīng)小孔向里流水，此時木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐漸上升，剛剛達到木塞底部，木塞會立即上浮到瓶中水面上。

4.用驗壓器進行演示

由液體內(nèi)部的壓強為知道，深度越深，液體壓強越大的原理進行演示。用兩只測液體內(nèi)部壓強的驗壓器代替物體的上下面，橡皮膜朝外，驗壓器小盒分別與兩只V形管壓強計相連，把這個特殊的物體放入水中，觀察壓強計中液面的高度差（如圖5所示），由此說明浮力產(chǎn)生的原因是由液體對物體下表面和上表面的壓強差引起的[4]。

圖5

5.用石蠟進行演示

將一小塊平板玻璃放在比例水槽底部，再將立方體蠟塊放在水中，發(fā)現(xiàn)蠟塊漂浮在水面上，如果將石蠟放入水中的玻璃板上，使蠟塊與玻璃板緊密接觸，排出底部的水，這樣蠟塊就不再浮起[5]，如圖6（a）所示。在進行該實驗時，為了演示效果明顯，使學生能夠看清楚，最好先將蠟塊與玻璃板緊密接觸，放在水槽底部，然后將水沿著水槽壁慢慢倒進水槽里，直至水全部淹沒蠟塊，并液面高出蠟塊的上表面很多為止，讓學生觀察此時的蠟塊仍然沉在水底，最后用玻璃棒（或長木棒等）撬起蠟塊底部，使水進入蠟塊底部，蠟塊上浮，如圖6（b）所示。

圖6

三、結(jié)束語

本文所討論浮力產(chǎn)生原因的演示實驗設計中，取材方便，容易制作，演示效果明顯，可以幫助學生理解浮力的產(chǎn)生原因，且具有一定的趣味性、直觀性，能夠提起學生學習浮力知識的興趣，必須注意的是選擇裝水的容器一定是透明的，為了安于觀察，水最好用紅色染料染成紅色。這些方法對教師進行初中物理教學時進行演示實驗的設計具有一定的指導作用。

[1] 吳曉康.感知規(guī)律在物理實驗教學中的運用[J].教學月刊（中學版），2006（7）上.

[2] 課程教材研究所.物理課程教材研究開發(fā)中心.物理（九年級）[M].北京：人民教育出版社，2008.

[3] 蔡曄，中考·奧賽全程對策—初中物理2[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[4]洪林旺.王后維學案教材完全解讀——物理九年級（全一冊）[M].中國青年出版社，20099.

[5] 劉炳昇，魏日升.初中物理教師實驗技能訓練[M].高等教育出版社，2003.