七“請(qǐng)”七縱解浮力七惑

葉富軍

摘 要： 浙教版八上“水的浮力”是初中科學(xué)教學(xué)中疑難點(diǎn)最集中的，它既有概念又有原理，有教師也因疑難點(diǎn)太多而講不透徹，因而效果不佳.現(xiàn)在僅借用一套學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置就能直觀、形象地解決他們?cè)诟×W(xué)習(xí)中七處疑難點(diǎn)，真正起到七“請(qǐng)”七縱解浮力七惑之功效.

關(guān)鍵詞： 浮力;概念原理;解惑

盡管“水的浮力”在小學(xué)科學(xué)里學(xué)過(guò)，但因認(rèn)知水平的原因，他們還是一知半解.所以，如何講清、講透疑難點(diǎn)是這節(jié)課的核心.剖析教材，筆者發(fā)現(xiàn)疑難點(diǎn)所在處.一是對(duì)下沉的物體也受浮力難理解？二是浮力大小可以用“稱重法”測(cè)出，為何還要學(xué)習(xí)阿基米德原理？三是影響浮力大小的因素有哪些？四是物體浸入越深，彈簧秤的示數(shù)越小，為什么說(shuō)浮力大小與物體浸入的深度無(wú)關(guān)？五是物體排開(kāi)的是液體體積，為什么想到測(cè)的是排開(kāi)液體受到的重力？六是排開(kāi)液體的體積與物體的體積有何關(guān)系？七是重1N的水能否產(chǎn)生比1N還大的浮力？這些問(wèn)題一直困擾著學(xué)生的學(xué)習(xí).因此，這節(jié)課通過(guò)“七請(qǐng)”裝置圖來(lái)理清這些問(wèn)題，這一情景好比諸葛亮七擒七縱孟獲，不過(guò)現(xiàn)在是“請(qǐng)”非“擒”，而“縱”可理解為消化.并且“請(qǐng)出”的是同一套由學(xué)生自己設(shè)計(jì)的裝置，這對(duì)學(xué)生理解和領(lǐng)悟疑難點(diǎn)起到事半功倍的效果.

1 一“請(qǐng)”一縱解下沉物體有浮力之惑

眾所周知，漂浮在水中的物體是因?yàn)槭芨×ψ饔?那下沉的石塊呢？若有浮力，它為何還會(huì)下沉呢？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)方案來(lái)證明.

方案一：“請(qǐng)出”學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置圖，圖1（b）與圖1（a）讀數(shù)不同，說(shuō)明了物體除受到重力和拉力外還有一個(gè)力，因?yàn)樽x數(shù)減小，所以另一個(gè)力的方向是向上的.

方案二：借助于受力分析，它受重力、拉力和向上托的力，這個(gè)向上托的力就是浮力.

在水中下沉的物體有浮力，而在其他液體中呢？把圖1（b）杯中的水換成酒精，讀數(shù)也是比空氣中小.可見(jiàn)，物體下沉在酒精中也受浮力作用.因此，在液體中，不僅浮著的物體受到浮力作用，下沉的物體也受到浮力作用.這樣通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、分析、評(píng)價(jià)，講透了這一疑點(diǎn)，起到水到渠成的作用.

2 二“請(qǐng)”二縱PK“稱重法”與“公式法”之優(yōu)

根據(jù)上述情況，下沉的物體所受到浮力大小就是彈簧秤減小的讀數(shù)，也就可以計(jì)算出浮力的大小，F(xiàn)_浮=G-F₁（F₁表示物體在水中的讀數(shù)）.而漂浮著的物體呢，當(dāng)然可以用二力平衡來(lái)解決，只要測(cè)量其重力，即可得出浮力大小.這時(shí)，又一個(gè)疑點(diǎn)產(chǎn)生了——為什么還要學(xué)習(xí)阿基米德原理呢？

大家知道，原理、定律等往往是普遍適用的，而上述“稱重法”是否可以解決所有物體受到的浮力大小呢？此時(shí)，讓我們“再請(qǐng)”圖1（b）中的燒杯，將手指插入水中，你能測(cè)出受到浮力大小嗎？顯然，“稱重法”無(wú)法測(cè)出手指浸入水中時(shí)受到浮力的大小.當(dāng)然，也無(wú)法測(cè)量人在水中露出頭部時(shí)所受到的浮力大小.而“公式法”能算出大小，其優(yōu)勢(shì)很明顯.

為了得出計(jì)算浮力大小的公式，接下來(lái)要探究浮力跟哪些因素有關(guān)？這樣層層遞進(jìn)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大有非搞清不可的趨勢(shì)和動(dòng)力.正如布羅姆所說(shuō)的，“學(xué)習(xí)的動(dòng)力，在于對(duì)學(xué)習(xí)材料的興趣.”其實(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)最重要的是揭示本質(zhì)和規(guī)律.

3 三“請(qǐng)”三縱猜想浮力影響的因素

浮力大小會(huì)跟哪些因素有關(guān)呢？讓我們“三請(qǐng)”裝置圖1（b），將物體慢慢浸入水中，仔細(xì)觀察，你發(fā)現(xiàn)了什么？

首先，觀察上面彈簧秤讀數(shù)的變化情況.顯然，讀數(shù)的變化就是浮力大小.再觀察下面燒杯中，變化的物理量有：杯中水的體積，物體浸入的體積，物體浸入的深度.當(dāng)然，影響浮力大小的因素也有可能是物體的密度.然后，把杯中的水換成酒精，發(fā)現(xiàn)在浸入相同體積時(shí)，彈簧秤讀數(shù)發(fā)生了變化，可見(jiàn)，浮力大小與液體的密度有關(guān).緊接著，將燒杯中水倒掉一部分，再重做上述實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)，浮力大小與杯中水的多少無(wú)關(guān).然后再將物體換成同體積的其它物體驗(yàn)證（與物體的密度無(wú)關(guān)）.通過(guò)驗(yàn)證猜想因素，得出影響因素有物體浸入的體積、物體浸入的深度、液體的密度.這些因素真的都會(huì)影響浮力大小嗎？這還有待于檢驗(yàn).

因?yàn)橛^察對(duì)象明確，方案可行，恰當(dāng)點(diǎn)撥、引導(dǎo)，學(xué)生的思維得以升華，體現(xiàn)了新課程自主、合作和探究的理念.

4 四“請(qǐng)”四縱排除影響浮力的因素

上面排除了液體的質(zhì)量和物體的密度兩因素，還剩下了深度.讓我們“四請(qǐng)”裝置圖1（b）的實(shí)驗(yàn)，用手托住杯子，緩慢地向上抬起，仔細(xì)觀察彈簧秤示數(shù)的變化情況，發(fā)現(xiàn)彈簧秤讀數(shù)是不斷減小.同時(shí)觀察燒杯中物體浸入水中的情況，浸入的深度不斷增大.于是得出：物體浸入水中的深度越深，浮力越大.但當(dāng)我們繼續(xù)把杯子向上抬起，直到物體完全浸沒(méi)在水中時(shí)，即使繼續(xù)增加深度，彈簧稱的讀數(shù)也不再發(fā)生變化.于是又得出物體受到的浮力與物體浸入的深度無(wú)關(guān)的結(jié)論.疑點(diǎn)再次產(chǎn)生——到底物體受到的浮力跟物體浸入的深度有無(wú)關(guān)系呢？學(xué)生認(rèn)為，物體浸沒(méi)前浮力與深度有關(guān)，物體浸沒(méi)后浮力與深度無(wú)關(guān).這一結(jié)論可能因沒(méi)有抓住本質(zhì)問(wèn)題而導(dǎo)致的錯(cuò)誤.

請(qǐng)看圖2，當(dāng)物體（空心的）浸入水中過(guò)缺口位置時(shí)，深度斷續(xù)增大，此時(shí)的浮力反而先減小后增大，最后保持不變.那么，除了液體密度外，影響浮力大小本質(zhì)的因素是哪個(gè)呢？物理學(xué)家阿基米德為我們解決了這個(gè)核心問(wèn)題——物體排開(kāi)液體的體積.從而找到了求浮力更普遍的規(guī)律，這為阿基米德原理的得出掃清了障礙.

5 五“請(qǐng)”五縱解開(kāi)稱量V排重力之謎

當(dāng)排除了干擾因素，得出浮力大小跟物體排開(kāi)液體的體積和液體的密度有關(guān)時(shí)，那么，它們到底有什么定量關(guān)系呢？疑點(diǎn)再次暴露——為何在實(shí)驗(yàn)時(shí)要稱出排開(kāi)水的重力呢？“五請(qǐng)”裝置圖1（b）（將燒杯換成溢水杯），當(dāng)再次把彈簧秤下掛著的物體慢慢浸入水中時(shí)，上面彈簧秤變化的讀數(shù)就是浮力，而下面變化的是物體排開(kāi)水的體積;上面變化的是力，而下面變化的是體積;且上面和下面均只有一個(gè)量在發(fā)生變化.根據(jù)分析推理，自然會(huì)想到它們變化的力有什么關(guān)系？所以要測(cè)杯中排開(kāi)水的重力，發(fā)現(xiàn)兩者相等.即：浮力的大小等于物體排開(kāi)水的重力.

這樣分析、引導(dǎo)使學(xué)生在解決疑點(diǎn)問(wèn)題的過(guò)程中產(chǎn)生頓悟，大有忽然開(kāi)朗之感，使疑點(diǎn)徹底消除，不留后患.

6 六“請(qǐng)”六縱明辨V_排與V_物之別

阿基米德原理得出后，好象所有的疑點(diǎn)都解決了似的.其實(shí)，學(xué)生在運(yùn)用過(guò)程中還是分不清V_排與V_物的區(qū)別.讓我們“六請(qǐng)”裝置圖1（b）來(lái)解答一下這個(gè)疑點(diǎn).仔細(xì)觀察圖1（b），把物體慢慢浸入，發(fā)現(xiàn)V_排小于V_物.當(dāng)把物體恰好浸沒(méi)在水中時(shí)V_排=V_物，當(dāng)把物體浸沒(méi)后再往下時(shí)V_排=V_物.若把物體換成圖2空心的，當(dāng)物體浸入到缺口之前時(shí)，V_排就可能大于V_物.這正如物理學(xué)家朱光正先生所說(shuō)的，“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，一看實(shí)驗(yàn)就分明.”

7 七“請(qǐng)”七縱驗(yàn)浮力比水總重還大

在新課教學(xué)時(shí)，只用一套裝置，經(jīng)反復(fù)使用取得了“一圖解六惑”的效果.且這方案是來(lái)自學(xué)生的設(shè)計(jì)，他們興趣更濃.正如皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論所說(shuō)，學(xué)生學(xué)習(xí)是一個(gè)圖式、同化、順應(yīng)、平衡的過(guò)程，而同一圖式比較穩(wěn)定牢固，為有效和高效學(xué)習(xí)提供了必要的條件.也為浮力復(fù)習(xí)時(shí)產(chǎn)生新的疑點(diǎn)（1牛的力能否產(chǎn)生比1牛大的浮力？）解決提供了很好的幫助，我們只需“七請(qǐng)”裝置圖1（b），取一比杯內(nèi)徑稍小一些的圓柱形物體，懸掛在彈簧秤下面，緩慢浸入盛少量水的杯中，觀察到水也竟然被排出來(lái).所以，1牛頓水能產(chǎn)生比1牛大的浮力.

圖書，圖在先，圖最大的亮點(diǎn)是當(dāng)知識(shí)淡出腦海時(shí)，它卻能喚起你的記憶，將知識(shí)緊密地聯(lián)系在一起.“七請(qǐng)”裝置圖不僅只是解決了7個(gè)疑點(diǎn)，并且通過(guò)“七縱”讓學(xué)生對(duì)疑點(diǎn)得到充分的消化.七“請(qǐng)”七縱是一種教學(xué)智慧，它還達(dá)到了“深度學(xué)習(xí)[1]”帶來(lái)的功效.這樣的方法能打開(kāi)學(xué)生的心扉，開(kāi)啟學(xué)生想學(xué)的欲望，也能培養(yǎng)學(xué)生的思維，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)核心素養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]白孝忠.促進(jìn)初中物理深度學(xué)習(xí)的策略探索[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016（9）：9-11.