物體沉浮的條件及應用教學探究

謝榮瑜

【摘要】本文論述了教師引導學生明確概念的界限，把握物體沉浮的實質(zhì)，合理地探究應用過程，化繁為簡，幫助學生有效地掌握物體沉浮的條件及應用，提高物理教學效果。

【關鍵詞】初中物理 沉浮條件 教學探究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02A-0074-01

在浮力一章，對于物體沉與浮的理解及其應用一直是教學的重點和難點，關于沉與浮關系的界定與實際聯(lián)系的應用問題也一直是歷年中考的常見題型。但筆者發(fā)現(xiàn)，教師對沉浮相關知識的講解更習慣分情況探討沉浮的條件，羅列對應公式，再利用大量練習題強化學生對知識的理解，這樣教學容易導致學生混淆情況復雜的沉浮關系，從而對物理學習產(chǎn)生倦怠感。其實沉與浮的關系并沒有那么復雜，教師只需引導學生明確概念的界定，把握沉浮的實質(zhì)，科學探究應用過程，化繁為簡，就能幫助學生有效地掌握沉浮的條件和應用。

一、探究實質(zhì)，厘清沉浮的相關概念

在這個過程中教師首先要明確什么是初中生要掌握的“沉與浮”，因此，引導學生厘清沉與浮的相關概念就顯得非常重要了。為了迎合初中生的認知規(guī)律，在講解類似沉與浮相對性較強的概念時，教師可采用“排除法”讓學生準確地理解目標概念，排除相關概念的干擾。

在《沉與浮》一節(jié)中所涉及的幾個概念（即上浮、懸浮、下沉、漂浮、沉、?。?，它們在實驗中的表象相似又相對，極易對學生的認知產(chǎn)生干擾和迷惑。教師可采用排除法依次對概念進行梳理：對于上浮和浮，教材所給出的定義是浮力大于重力時，物體上浮。很明顯，這里的上浮指的是一個運動的狀態(tài)，而我們理解的浮則是一個物體漂浮于水面的靜止狀態(tài)，可見浮不等同于上浮。同理，下沉與沉也是如此。在初中物理教學中，我們研究的是物體僅受到重力和浮力的影響，以及物體由靜止發(fā)生上浮和下沉的條件，而懸浮和漂浮是在力的平衡狀態(tài)下，物體在水（空氣）中的特殊情況，不屬于上浮和下沉的過程。這樣，學生明確了沉浮的條件是物體運動的條件，有效地排除了相對靜止和相對運動的干擾，為接下來條件的判斷在思路上獲得了清晰的認知。

二、挖掘?qū)嵸|(zhì)，掌握沉浮的對應條件

通過厘清沉浮的相關概念，我們對沉與浮一節(jié)的下一個學習目標更加明確：沉浮的條件是什么？談及對條件的學習，我們會聯(lián)系到分情況討論。因此，教師要引導學生探究物體發(fā)生沉浮的決定因素和影響因素，這時，教師可以積極地采用聯(lián)想教學的方法，引導學生挖掘內(nèi)容實質(zhì)，加深對知識的掌握和內(nèi)化。

通過對阿基米德原理的學習，我們知道浮力與重力的關系決定了物體在液體或氣體中的沉與浮。所以可以結(jié)合阿基米德原理對相關影響因素進行推導。物體在水中懸浮時，浮力與物體重力相等，即F浮=G物，因為F浮=ρ液gV排和G物=m物g，可以得出m物g=ρ液gV排的關系，又因為m物g=ρ物V物g，所以可以得到ρ液gV排=ρ物gV物的等式關系；對于物體懸浮的特殊情況，物體排開液體的體積等于物體的體積，即V排=V物，所以可以得出物體在懸浮時，物體密度與液體密度ρ液=ρ物的特殊關系；當物體由懸浮開始上浮時，此時物體的浮力大于重力，則ρ液>ρ物；而當物體由懸浮開始下沉時，此時物體的浮力小于重力，則ρ液<ρ物。

通過聯(lián)想教學，幫助學生利用數(shù)學關系，掌握了物體發(fā)生沉浮的決定因素和影響因素。

三、運用實質(zhì)，破解沉浮的實際應用

在現(xiàn)實生活中我們可以發(fā)現(xiàn)很多利用浮力原理進行實際的應用，如飛艇、潛艇等，它們也反映出通過控制物體的重量或密度實現(xiàn)飛艇或潛艇的升降。但在教學中教師要將實際模型抽象為物理模型，通過受力分析，運用物體沉浮的實質(zhì)來解決物理問題。

例：一根繩子向上拉著一個實心鋁球浸沒在一個水槽中，鋁球的體積為1×103cm3，鋁球的密度為已知，求鋁球浸沒在水中時繩子的拉力是多少？解析：由受力情況可知，鋁球浸沒在水中時豎直向上F拉+F浮的和等于豎直向下的鋁球的重力，即：F拉+F浮=G球，所以F拉=G球-F浮，又因為浸沒時V排=V球，所以F拉=（ρ球-ρ水）·V排·g（解題過程略）。變式一，如果繩子承受的最大拉力為20N，鋁球露出水面多少體積時，繩子被拉斷？解析：拉斷時，繩子達到最大的承受拉力，同樣F拉+F浮=G球，則F浮=G球-F拉，而F浮=ρ液gV排，所以G球-F拉=ρ液gV排，得出V排，可以求出露出的體積。變式二，將鋁球改為乒乓球，拉力的方向改為向下，求乒乓球浸沒在水中時繩子的拉力是多少？解析：因為F浮=G球+F拉，所以F拉=F浮-G球，則F拉=（ρ水-ρ球）·V排·g。這樣教學讓學生對浮力的應用有了更深刻的理解，提高了教學效率。

綜上所述，物體的沉浮及應用的學習要求我們在厘清概念的基礎上，明確變化過程的實質(zhì)，歸納影響變化的因素，整合出應對實際問題的方法，通過原有知識的聯(lián)想和變式練習，加深了學生對物理知識的深化和理解。

（責編 林 劍）