“浮力”教學(xué)的兩個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

朱蘭梅

(江蘇省南通市新橋中學(xué),江蘇 南通 226000)

“浮力”是初中物理教學(xué)的難點(diǎn)、重點(diǎn).通常的做法是借助于幾個(gè)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察、歸納、推理出規(guī)律.筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有2個(gè)實(shí)驗(yàn)存在著疑惑,不能對(duì)規(guī)律進(jìn)行很好的解釋,通過思考,對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)作較小改動(dòng)后,就可以提高實(shí)驗(yàn)的“可視性”.

1 1根“吸管”消除空氣對(duì)“浮力”產(chǎn)生原因?qū)嶒?yàn)的影響

“浮力產(chǎn)生原因”實(shí)驗(yàn)是浮力教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn).“乒乓球?qū)嶒?yàn)”取材便捷、現(xiàn)象明顯、對(duì)比度高,不過筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)存在著疑點(diǎn).為了提高演示實(shí)驗(yàn)的可視度,有許多教師曾進(jìn)行了改進(jìn),但實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)還存在著問題.筆者經(jīng)過再三思考和實(shí)踐,借助1根“吸管”消除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中的非主要因素的影響.

1.1 傳統(tǒng)做法

實(shí)驗(yàn)器材:剪底的550mL礦泉水瓶子(1個(gè));直徑為4cm的乒乓球(1個(gè));橡膠皮塞(1個(gè));水槽1個(gè).

實(shí)驗(yàn)1:將乒乓球放入倒置的剪底的礦泉水瓶子中如圖1所示,接著注水,可以看到雖然有少量的水從瓶口與乒乓球的縫隙中流下,不過隨著加入的水量增多,水位不斷升高,但乒乓球始終被穩(wěn)穩(wěn)地壓在瓶口.

實(shí)驗(yàn)2:在實(shí)驗(yàn)1的基礎(chǔ)上,用橡膠皮塞塞住瓶口如圖2所示(或?qū)⒌V泉水瓶子整體插入水槽中如圖3所示),可以看到有少量水從乒乓球細(xì)縫往下流,不多久乒乓球浮起來了.

圖1

圖2

圖3

實(shí)驗(yàn)缺陷:筆者在多次實(shí)踐后發(fā)現(xiàn),無論是采用圖2還是圖3的方法演示實(shí)驗(yàn)2,當(dāng)乒乓球下方還存在較大一段空氣柱的時(shí)候,乒乓球就開始浮起來了,即乒乓球上浮的原因不是上下表面液體壓力差導(dǎo)致的,而是空氣對(duì)乒乓球下表面向上的壓力大于水對(duì)乒乓球上表面加乒乓球自重而導(dǎo)致的,用此實(shí)驗(yàn)解釋“浮力產(chǎn)生的原因”是欠科學(xué)的.有沒有辦法消除掉空氣柱呢？

1.2 仍有瑕疵的創(chuàng)新做法

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要解決的問題:排除乒乓球下方空氣對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的影響.

實(shí)驗(yàn)3:從盡可能靠近乒乓球與瓶壁相觸處將瓶口剪掉,完成實(shí)驗(yàn)1,現(xiàn)象與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致.在演示實(shí)驗(yàn)2時(shí),乒乓球下表面能夠與水槽中的水很好的接觸(如圖4所示),隨著將礦泉水瓶壓入水中,到達(dá)一定位置乒乓球浮起來了.

圖4

實(shí)驗(yàn)瑕疵:與傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)相比,空氣柱沒有了,可以用乒乓球上下表面到液體的壓力差來說明浮力產(chǎn)生的原因,但是本實(shí)驗(yàn)有個(gè)瑕疵,那就是在實(shí)驗(yàn)過程中乒乓球上浮時(shí)瓶子里面的水面和水槽中的水面存在高度差,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)解釋有些牽強(qiáng).有沒有辦法既消除掉空氣柱,又消除水面高度差呢？

1.3 1根吸管的大作用

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要解決的問題:排除乒乓球下方空氣對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的影響.

圖5

實(shí)驗(yàn)4:仍然采用傳統(tǒng)的乒乓球演示實(shí)驗(yàn)裝置,只是在圖2的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)(如圖5所示),將1根吸管插在橡膠皮塞上,讓吸管盡可能靠近乒乓球但不接觸.可以觀察到,上方的水仍然從縫隙中流到下面乒乓球下方到瓶口的區(qū)間內(nèi),不過由于吸管構(gòu)成“出氣孔”將該區(qū)域與外界空氣聯(lián)通,導(dǎo)致乒乓球不會(huì)上浮,當(dāng)水充滿下方后,即下方的空氣全部擠走,水便從小吸管中流下,此時(shí)乒乓球仍然不會(huì)浮起,只要用手指將吸管下方“出氣孔”堵住,乒乓球立刻浮起.

通過這樣的實(shí)驗(yàn)改進(jìn),可見度高、對(duì)比度明顯,而且更為科學(xué)、準(zhǔn)確地解釋了“乒乓球下表面和上表面受到水向上、向下的壓力差是浮力產(chǎn)生的原因”.

2 1張“薄膜”破除蠟塊為何不能上浮的疑團(tuán)

浮力教學(xué)過程中筆者還遇到了另外一個(gè)疑點(diǎn).

一長方體蠟塊,一表面平滑、一表面粗糙,進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn),如圖6所示.

圖6

實(shí)驗(yàn)1:當(dāng)粗糙的一面與平底容器底面接觸,如圖6(a)所示,緩慢向容器中注水,蠟塊會(huì)上浮.

實(shí)驗(yàn)2:當(dāng)平滑的一面與平底容器底面接觸,如圖6(b)所示,緩慢向容器中注入水,蠟塊不會(huì)上浮.

這個(gè)對(duì)比性實(shí)驗(yàn)在解釋時(shí),對(duì)于(b)圖為何蠟塊不上浮,有部分學(xué)生會(huì)提出疑問是不是因?yàn)橄瀴K與平底容器底面黏在一起了？對(duì)于這一疑點(diǎn),靠理論解釋學(xué)生是難以理解的,筆者借助于1張“薄膜”進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新.

實(shí)驗(yàn)3:用將蠟塊平整面與薄膜密合,然后將薄膜攤平貼近容器內(nèi)壁如圖7所示,緩慢注入水,可以看到蠟塊不能上浮,現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)2相同.

實(shí)驗(yàn)4:用錐子在薄膜靠近蠟塊的A點(diǎn)(如圖7所示)穿個(gè)洞,讓水透過薄膜流到容器內(nèi),觀察到蠟塊與薄膜一起浮起來.

圖7

通過實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),可以消除蠟塊不能上浮是因?yàn)椤梆ぶΑ钡挠绊?直觀地說明了蠟塊不上浮的原因在于蠟塊的下方?jīng)]有水,蠟塊受到液體向下的壓力和重力,上下表面沒有壓力差,不受浮力.