淺談初中浮力教學(xué)中實驗改進(jìn)與實施方法

黃坤

人教版初中物理第10章《浮力》教學(xué)，是初中力學(xué)學(xué)習(xí)的重點，更是難點，通過改進(jìn)實驗完成相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)實施是本文的關(guān)鍵所在。本節(jié)課通過實驗來創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生建立浮力的概念，并加深對概念的理解，通過體驗和實際感受，讓學(xué)生感知并思考，啟迪學(xué)生做出正確的猜想，提升課堂教學(xué)效率，為探究影響浮力大小的因素及探究浮力的大小作好鋪墊，就是很好的有效嘗試。

人教版第10章《浮力》教學(xué)，是初中力學(xué)學(xué)習(xí)的重點，更是難點，教師一般都通過實驗現(xiàn)象演示或?qū)W生探究實驗進(jìn)行教學(xué)，這應(yīng)該是一個正確的思路。在平時的教學(xué)過程中，筆者對于教材中幾個相關(guān)問題進(jìn)行處理時，有一點點不成熟的意見和觀點。

1浮力的概念

教材中通過冰山、游船、鴨子等沒有沉入水底而受到一個向上托起的力，歸納為“浸在液體中的物體受到向上的力，這個力叫浮力”。從這個概念出發(fā)，我們可以進(jìn)行更加深入的分析和挖掘。

通過圖1和圖2的實驗，我們來感受浮力的存在。首先對浮力的施力物體要進(jìn)行明確，結(jié)合前面力與運(yùn)動的相關(guān)知識，我們可以分析得出，圖1中將乒乓球輕輕捏在手中，此時乒乓球由于受到自身重力和手向上的力而平衡，手會受到乒乓球的壓力作用，方向向下。圖2中，對于乒乓球浸入水中后，描述手的感覺（學(xué)生回答：乒乓球會給手向上的力，明確這個力的作用一定不是手施加的），那這個向上的力來自哪里呢？這里需要讓學(xué)生明確力學(xué)分析中的邏輯關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生在圖1和圖2中找到不同之處，那就是只有乒乓球浸在水中時，才受到這樣一個向上的力的作用。我們接下來進(jìn)行演示，看是否不是水對乒乓球產(chǎn)生了力的作用。圖2中松開手指后，乒乓球會迅速地向上運(yùn)動，通過分析可得，乒乓球原來在水中處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)松開手后，乒乓球的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變，也就是向上運(yùn)動，也就是受到了向上的作用力。手松開后，手與乒乓球沒有接觸，因此不再有力的作用，此時乒乓球與水接觸，那就只有水對乒乓球產(chǎn)生力的作用。

我們再來看一看浮力方向如何得出，概念中就是簡單的兩個字——向上，下面我們通過改進(jìn)實驗裝置來進(jìn)行分析。常規(guī)實驗裝置是將乒乓球和細(xì)線固定后，細(xì)線的另一端固定在盛水容器的底部，如圖3所示。當(dāng)容器中水和浸入其中的乒乓球處于靜止?fàn)顟B(tài)時，乒乓球下端細(xì)線處于伸直狀態(tài)，并且是在一直線方向上，按壓乒乓球后松開手觀察到乒乓球向上運(yùn)動，細(xì)繩會向上伸直，因此可以得出乒乓球受到的浮力的方向是向上的，而并不能一定判斷浮力的方向為豎直向上。筆者認(rèn)為此處實驗可以進(jìn)行如下改進(jìn)。再取一個相同的乒乓球，與另一根細(xì)線一端固定，細(xì)線的另一端通過一根小棒固定在容器口，如圖4所示。在水平方向上放置，整個裝置靜止時，懸掛的A乒乓球受到重力作用，方向豎直向下，重力作用線與細(xì)線所在直線是共線的，此時觀察浸入水中的B乒乓球，受到的浮力方向和細(xì)線的伸直方向是共線的，兩次的方向分析得出是相同的。再進(jìn)行一次實驗加以確定，即如圖5所示，將整個裝置傾斜放置在斜面上，待液體和乒乓球靜止后，觀察細(xì)線的方向，同樣可以分析得出此時兩個方向是相同的。因此，可以確定重力的方向與浮力的方向互為相反方向，而重力的方向是豎直向下，那么浮力的方向就只能描述為豎直向上。

在實際的教學(xué)過程中，突出力學(xué)中的內(nèi)在規(guī)律和聯(lián)系，抓住力和運(yùn)動的關(guān)系開展浮力概念的深入挖掘，結(jié)合具體的現(xiàn)象和力學(xué)理論分析，可以達(dá)到事半功倍的效果，也是進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生物理思維訓(xùn)練和提升能力的過程有效方法，要重視和強(qiáng)化這樣的一個分析過程，實驗和理論分析并重。

2浮力產(chǎn)生的原因

教材中在處理浮力產(chǎn)生

的原因時，是直接從鋁塊浸入水中所受浮力的測量開始推導(dǎo)的。

但是這里有一個疑點，如何從圓柱體的鋁塊入手，而理論分析過程中又是對一個正方體進(jìn)行處理。不妨先從定性的分析開始，常規(guī)器材中，如圖6所示，乒乓球放置在倒立的礦泉水瓶中，瓶底用剪刀剪開，再逐漸將水灌入倒置礦泉水瓶中，我們會發(fā)現(xiàn)乒乓球沒有上升，那么通過分析可知，圖2中松開手后，乒乓球會受到浮力作用，向上運(yùn)動。在這個裝置中，乒乓球向上運(yùn)動，我們就可以判斷它受到了浮力，而乒乓球在圖6中沒有向上運(yùn)動（通過演示排除乒乓球受到瓶壁的摩擦力），可以推斷出乒乓球沒有受到水給它的浮力作用。那么這個實驗中，我們觀察到另外一個現(xiàn)象就是，水會不停的從乒乓球和瓶內(nèi)壁之間的縫隙里面流出來。這里，筆者曾做過嘗試，看能否不讓水從這兩者之間的縫隙里流出來，將黃油或固體膠均勻涂抹在乒乓球表面，但是仍然會有水流出，因此就放棄了這樣的想法。因為這類密封物質(zhì)的作用就是要阻隔水的流動，而它們自身也會受到水的作用，如果和乒乓球表面接觸很緊密，又會使得乒乓球受到的阻力更大，從而影響實驗效果。那么我們可以對實驗進(jìn)行如下改進(jìn)，利用這個流下來的水，把它作為一組動態(tài)的變化實驗組進(jìn)行對比。

如圖7所示，瓶口部位加長，并在瓶口的側(cè)壁不同高度處開一些小孔，瓶口底部放置在一個較大的容器中，當(dāng)水逐漸流入下部容器時，如圖8所示，水到達(dá)乒乓球底部的一瞬間（多次重復(fù)實驗，找到最佳時間），可以觀察到乒乓球會迅速的上升，那么此時上升的原因，在前面的引入之后，可以很明確的讓學(xué)生回答是浮力的作用。那么，接下來就可以對比圖7和圖8，觀察和比較并分析，有哪些不相同的地方，就可以分析出浮力形成的原因是什么了。筆者認(rèn)為，在這個地方如果作這樣一個關(guān)于浮力產(chǎn)生原因的引入后，再結(jié)合教材中的講解就會更加的容易理解。教材中的這種處理，其實是一種理想化的模型思想，那么可以結(jié)合這個具體的演示實驗，讓學(xué)生觀察和思考，并歸納出浮力的形成，是物體要浸在液體中，受到力的作用，那么從力的角度怎么來分析和理解呢？我們姑且在浸入教材中的模型前，將乒乓球的這個問題作為一個鋪墊，將乒乓球分為上下兩個面，試論圖7乒乓球上表面與水有接觸，上表面受到了水的壓強(qiáng)，對應(yīng)的上表面就受到了水的壓力（此處也是進(jìn)一步聯(lián)系前面學(xué)習(xí)的壓強(qiáng)、壓力知識），而下表面，可以觀察，是沒有水和它直接接觸（理想情況下），因此就不會受到水的壓強(qiáng)，對應(yīng)的下表面就沒有受到水的壓力作用，此時對乒乓球進(jìn)行受力分析，如圖9所示，乒乓球受到自身重力以及水對上表面產(chǎn)生的壓力作用（當(dāng)然還有瓶內(nèi)壁給乒乓球的作用力，這里可以簡單的提一提，但是主要放在水對乒乓球的壓力上）。再分析圖8，當(dāng)乒乓球下表面接觸到了水之后，我們再進(jìn)行分析，可以得到此時乒乓球在上升這一瞬間多出了一個力的作用，受力分析如圖10所示（我們?yōu)榱朔治鰡栴}的直接，將重力及其他作用不畫出）。

圖10中，因為乒乓球和水接觸，所以就受到水對乒乓球下表面產(chǎn)生的壓力作用。我們可以將上下兩個表面受到水的壓力定義為F向下和F向上，這兩個力的大小關(guān)系是什么樣的呢？這又和乒乓球受到的浮力有什么關(guān)系呢？然后可以通過教材中的理論推導(dǎo)得出定量的關(guān)系式。一個正立方體的物體浸沒在水中，它的6個面都浸沒在水中，都要受到水給

它的壓力，如圖11所示。前后左右由于所處水的

深度相同，所受到水的壓強(qiáng)相同，正方體各個面的面積相同，因此受到水的壓力相互平衡，即水平方向上，受力平衡，運(yùn)動狀態(tài)不改變；而上下表面由于所處的深度不相同，因此下表面受到水的壓強(qiáng)較大，下表面受到的水的壓力大于上表面受到的壓力，兩個表面的壓力產(chǎn)生的合力方向豎直向上。這個合力就是浮力，即周圍液體壓力的合力就是浮力。如果上表面受到向下的壓力為F向下，下表面受到向上的壓力為F向上，那么物體所受水的浮力為F浮=F向上-F向下。

以上就是筆者在浮力概念理解、產(chǎn)生原因和影響因素這節(jié)課教學(xué)中，通過改進(jìn)實驗完成的相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)實施。本節(jié)課通過實驗來創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生建立浮力的概念，并加深對概念的理解，通過體驗和實際感受，讓學(xué)生感知并思考，啟迪學(xué)生思維，做出正確的猜想，提升課堂效率達(dá)成，為探究影響浮力大小的因素及探究浮力的大小作好鋪墊，是很好的有效嘗試。同時在本節(jié)課的教學(xué)過程中，要時刻聯(lián)系前幾章的力學(xué)知識，訓(xùn)練學(xué)生思維，由生活場景到構(gòu)建物理模型，以及清晰理想狀態(tài)的思路掌握，在此前提下進(jìn)行物理理論推導(dǎo)過程。