自制實(shí)驗(yàn)器材探究“浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”

湖北省當(dāng)陽市壩陵初級(jí)中學(xué)(444100) 黃 建

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是學(xué)生直觀地了解自然和認(rèn)識(shí)事物發(fā)展規(guī)律的重要手段。隨著物理教學(xué)改革的不斷深入，教學(xué)內(nèi)容的不斷變化，以及新課標(biāo)對(duì)物理教學(xué)的要求，有些傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和器材跟不上教材的變化和時(shí)代的要求，特別是在一些農(nóng)村和山區(qū)學(xué)校，缺乏必要的實(shí)驗(yàn)器材，無法正常開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。因此，自制實(shí)驗(yàn)器材、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)是填補(bǔ)實(shí)驗(yàn)器材空缺，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要手段。下面，筆者簡(jiǎn)要談一談如何自制實(shí)驗(yàn)器材探究“浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”。

“浮力”是“力”“運(yùn)動(dòng)和力”“壓強(qiáng)”等知識(shí)的綜合運(yùn)用和延伸，是初中物理的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，也是一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容?！案×Α苯虒W(xué)的主要內(nèi)容是首先讓學(xué)生認(rèn)識(shí)浮力，了解浮力產(chǎn)生的原因，猜想物體所受浮力的大小跟哪些因素有關(guān)，然后重點(diǎn)探究物體所受浮力的大小跟物體排開液體所受重力的關(guān)系，進(jìn)而概括、歸納出阿基米德原理，最后從知識(shí)運(yùn)用的角度學(xué)習(xí)物體的浮沉條件及其運(yùn)用。阿基米德原理教學(xué)的重點(diǎn)是讓學(xué)生經(jīng)歷探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程。所以在教學(xué)中，應(yīng)該采用分組實(shí)驗(yàn)的方式，強(qiáng)化學(xué)生建立阿基米德原理的認(rèn)識(shí)過程，讓學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)過程中來。

1 實(shí)驗(yàn)原型及遇到的困難

教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案如下。

(1)如圖1(a)所示，用測(cè)力計(jì)測(cè)出某物體所受的重力。

(2)如圖1(b)所示，把被測(cè)物體浸沒在盛滿水的溢水杯中，讀出此時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)。同時(shí)，用小桶收集物體排開的水。

(3)如圖1(c)所示，測(cè)出小桶和物體排開的水所受的總重力。

(4)如圖1(d)所示，測(cè)出小桶所受的重力。

把測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出物體所受的浮力跟它排開的水所受的重力有什么關(guān)系。

圖1 教材實(shí)驗(yàn)方案

在教材實(shí)驗(yàn)中，要用到專用的溢水杯(見圖2)。這樣的溢水杯在我校實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量不多，不能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。如果只進(jìn)行教師演示實(shí)驗(yàn)，一是不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，二是學(xué)生不能經(jīng)歷探究過程，不利于學(xué)生理解阿基米德原理。筆者聯(lián)想到用傾斜的燒杯作為溢水杯來進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)(見圖3)。但學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于溢出的水不能全部流入小桶中，算出來的物體排開液體的重力G排比物體受到的浮力F浮要小，存在誤差，不利于學(xué)生概括、歸納阿基米德原理。

圖2 溢水杯

鑒于此，筆者利用生活中常見的礦泉水瓶和可樂瓶，自制實(shí)驗(yàn)器材，通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究“浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”。實(shí)驗(yàn)表明，采用這種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，效果明顯。

圖3 用傾斜燒杯代替溢水杯

2 自制器材完成探究實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)器材如圖4所示，主要有：三腳架(或鐵架臺(tái))、小燒杯、大可樂瓶剪下的瓶口部分作為漏斗、礦泉水瓶剪下的圓柱形瓶身部分作為溢水杯、小石塊、彈簧測(cè)力計(jì)、水。

圖4 實(shí)驗(yàn)器材

2.2 實(shí)驗(yàn)過程

(1)在鐵架臺(tái)(或三腳架)上放置漏斗，在漏斗上放置溢水杯(礦泉瓶剪下的圓柱形瓶身部分)，并將杯內(nèi)裝滿水。

(2)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出小石塊的重力G石和小燒杯的重力G杯。

(3)將小燒杯放在漏斗(大可樂瓶剪下的瓶口部分)的下面，把彈簧測(cè)力計(jì)下面的小石塊浸沒在水中，記下彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F,并用小燒杯收集溢出的水。

(4)待水不再溢出時(shí)，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出小燒杯和溢出的水的總重力G總。

(5)把測(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在表格中。

(6)通過比較G石-F和G總-G杯的大小，分析得出物體所受的浮力跟它排開的水所受的重力的關(guān)系。

3 自制探究“浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)點(diǎn)

3.1 實(shí)驗(yàn)無誤差

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，幾乎沒有誤差。使用自制的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從溢水杯中溢出的水能全部流入小燒杯中，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。全班所有實(shí)驗(yàn)小組根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)出的數(shù)據(jù)算出來的F浮和G排都相等，幾乎沒有誤差，實(shí)驗(yàn)效果理想，有利于學(xué)生概括、歸納得出阿基米德原理。

3.2 實(shí)驗(yàn)器材易得

實(shí)驗(yàn)器材易得，可以變演示實(shí)驗(yàn)為分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的參與度和學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生確實(shí)經(jīng)歷探究過程，突破教學(xué)重難點(diǎn)，真正理解阿基米德原理。這些看似簡(jiǎn)單的器材，卻在教學(xué)中發(fā)揮了巨大作用。

3.3 可培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新能力

自制實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，解決了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)儀器缺乏，無法進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)的難題。通過自制實(shí)驗(yàn)器材探究實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，實(shí)驗(yàn)資源不僅是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材資源，身邊的物品和器具也可以是很好的實(shí)驗(yàn)資源。本次實(shí)驗(yàn)利用身邊常見的可樂瓶和礦泉水瓶，就完成了課本上的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。利用日常器具和物品做實(shí)驗(yàn)，不僅具有簡(jiǎn)單、直觀的優(yōu)點(diǎn)，而且有利于學(xué)生課外操作，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手和創(chuàng)新能力。

3.4 有利于增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)

本次實(shí)驗(yàn)利用廢棄的可樂瓶、礦泉水瓶，不僅變廢為寶，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和勤儉節(jié)約的品德。