物體浮沉條件實驗的創(chuàng)新設(shè)計

陶本友

(蕪湖市第四十九中學(xué),安徽蕪湖 241204)

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué),物理學(xué)實驗是人們認(rèn)識世界的重要活動,是物理研究和發(fā)展的根基,實驗教學(xué)是教學(xué)工作者必須認(rèn)真研究的課題.教師在教學(xué)實踐中應(yīng)該為學(xué)生創(chuàng)設(shè)實驗情境,引導(dǎo)學(xué)生觀察與思考,培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力,盡可能激發(fā)學(xué)生解決問題的強烈欲望.“浮力”是八年級物理的教學(xué)難點,特別是學(xué)生學(xué)習(xí)阿基米德原理后,從物體受力分析的角度認(rèn)識浮沉條件感到困難.這其中一個重要原因是物體浮沉條件的實驗設(shè)計存在問題,按照現(xiàn)行教材安排的實驗教學(xué),學(xué)生不能清晰完整地經(jīng)歷物體的浮沉全過程,因而對物體“漂浮、懸浮、上浮、下沉”現(xiàn)象體驗不深刻,進(jìn)而影響到對物體浮沉條件的理解.為此我們可以源于教材、高于教材創(chuàng)設(shè)實驗,探索更好的實驗方案,提升學(xué)生的心智和能力.筆者在教學(xué)實踐中對物體浮沉條件的實驗進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計,取得良好的實驗效果.

1 當(dāng)前教材實驗的不足

教材中物體浮沉條件的實驗是這樣的:先把擰緊蓋子的小空瓶浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析;再把裝滿水并擰緊蓋子的小瓶子浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析;最后把裝適量水并擰緊蓋子的小瓶子浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析.在此基礎(chǔ)上,總結(jié)出物體的浮沉條件.這樣安排實驗,對探究物體漂浮、上浮、下沉現(xiàn)象是合適的,但探究懸浮現(xiàn)象時表現(xiàn)不佳.而且實驗室配置的物體浮沉條件演示器也存在這樣的問題,因為懸浮狀態(tài)是不穩(wěn)定的,受諸多因素影響,水溫,室溫變化,水及浮體膨脹系數(shù)差異等會破壞剛剛建立起的懸浮狀態(tài).這正是該實驗的難點所在,而這一點把握不好,學(xué)生就不能真切地觀察到懸浮現(xiàn)象,難以真正理解懸浮概念,并且對物體受力分析也帶來不利影響.此外,該實驗探究過程較復(fù)雜,操作不便,想得到短暫的懸浮狀態(tài)都要不斷地調(diào)整,浪費較多時間,有時還不一定成功,教學(xué)效率低下、教學(xué)效果也不理想.

2 創(chuàng)新設(shè)計物體浮沉條件實驗

2.1 準(zhǔn)備器材

飲料瓶1只、小螺絲刀1支、小泡沫塑料1塊、水適量.

2.2 調(diào)試器材

拿出1小塊長方體泡沫塑料,將小螺絲刀從中穿過,并且讓螺絲刀口穿出泡沫塑料幾毫米的長度即可(不宜過長).可以把穿出部分的螺絲刀口涂上顏色,這樣實驗現(xiàn)象更清晰.螺絲刀起配重作用,能讓泡沫塑料塊在水中呈豎直狀態(tài).不斷調(diào)整泡沫塑料塊的體積大小,一直到將其投入水中時,泡沫塑料塊上表面剛好浸沒在水中為止,此時僅有螺絲刀口露出水面,把螺絲刀和泡沫塑料當(dāng)作一個物體來考慮,則物體呈漂浮狀態(tài),至此器材調(diào)試完畢.

2.3 進(jìn)行實驗

將飲料瓶裝90%左右體積的水,把調(diào)試好的帶有螺絲刀的泡沫塑料塊投入水中(讓螺絲刀口端朝上),則物體漂浮,然后擰緊瓶蓋,確保飲料瓶不漏氣.接著,用手握住瓶身,逐漸加大握力,可以看到泡沫塑料塊上表面的螺絲刀口慢慢浸入水中直至全部浸沒,此時物體呈懸浮狀態(tài).如果保持握力大小不變,物體就一直保持著穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),學(xué)生切實觀察到懸浮現(xiàn)象.繼續(xù)加大握力,物體下沉,最后沉到水底.如果這時松開手,物體立刻上浮,最終漂浮,小螺絲刀口又重新露出水面.

2.4 對實驗的說明

這樣設(shè)計實驗,選材方便,都是身邊的物品,學(xué)生就地取材,可以安排成課外小實驗,激發(fā)探究興趣,增強感性認(rèn)識,培養(yǎng)動手能力,在實踐中掌握知識,真正體現(xiàn)從生活走向物理的理念.值得一提的是,實驗中的泡沫塑料有兩個優(yōu)點:其一是調(diào)整體積的大小非常方便,可以任意改變,能調(diào)試到最佳狀態(tài);其二是這種材料很容易被壓縮,置于密封的飲料瓶內(nèi)時,只要稍稍用力握瓶子,加大瓶內(nèi)的壓力時,其體積可以明顯減小,從而可以隨心所欲地改變浮力大小,簡潔、快捷、清晰、穩(wěn)定、可控地顯示“漂浮、懸浮、上浮、下沉”現(xiàn)象.另外,上面提到,螺絲刀口穿出泡沫塑料幾毫米的長度即可(不宜過長),這是因為如果長度太大,一方面,可能導(dǎo)致泡沫塑料在水中不能呈豎直狀態(tài);另一方面,在加大對瓶子的握力時,盡管泡沫塑料因受壓體積減小,即減小排開水的體積,浮力減小,在物體重力不變時,物體可以下沉,但在螺絲刀口慢慢浸入水的過程中又不斷增加了排開水的體積,因而要讓物體繼續(xù)下沉,只有進(jìn)一步壓縮泡沫塑料的體積才能實現(xiàn),這樣就需要用更大的握力,給實驗操作帶來不便,所以螺絲刀口露出水面的部分越少越好.

總之,新課標(biāo)初中物理教材中精心編排了很多實驗,蘊涵著豐富的內(nèi)容,這些實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神,對學(xué)生實行科學(xué)素養(yǎng)教育起著重要作用.教師應(yīng)深入挖掘、認(rèn)真鉆研教材,并充分發(fā)揮它的巨大作用,努力實現(xiàn)新課標(biāo)中提出的提高全體學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo),為學(xué)生的全面發(fā)展做出自己的貢獻(xiàn).