誰主沉浮

劉艷軍 王桂紅

摘要：初中物理教材“物體的浮沉條件”一文中將繁多的應用創(chuàng)新歸納為三大探究主題：一、探究變沉為浮的方法;二、探究變浮為沉的方法;三、如何實現(xiàn)自由沉浮.文中詳細描述了三大主題活動中的具體內(nèi)容，挖掘了與之相關的中國古代文明，而且創(chuàng)新性地加入了與浮沉有關的當代最新的國防科技元素.把傳統(tǒng)的較為枯燥的講授式教學變?yōu)橐詫W生為主的探究式，滿足了初中階段學生動手探究的欲望，開闊了視野，使教學達到潤物細無聲的效果.

關鍵詞：浮沉;重力;浮力

教材“物體的浮沉條件”中涉及浮沉應用的多個方面，例如：雞蛋懸浮，沉船打撈的原理，潛水艇，熱氣球，飛艇，密度計等.這些內(nèi)容在教材中羅列，就像零散的珍珠，散在盤子里，如果教學中僅僅把它們逐個按順序呈現(xiàn)，學生會感覺散而亂.筆者認為這一系列的應用背后隱藏了一條邏輯線索，即：它們都是圍繞如何改變物體浮沉的規(guī)律之中.有了這條“線兒”，我們就可以輕松地把這些珍珠串在一起，完美地呈現(xiàn)給學生.下面粗淺談談依據(jù)這條線索對教材的處理.

這節(jié)內(nèi)容可以分為兩大部分：一是浮沉條件;二是浮沉條件的應用.教學過程中，學生對浮沉主要有兩種潛在的錯誤認識：1.浸沒在液體中下沉的物體受到的浮力小，上浮的物體受到的浮力大;2.下沉的物體不受浮力.如何有效突破學生的潛在錯誤認知？如何把浮沉涉及到的琳瑯滿目的應用巧妙地呈現(xiàn)給學生呢？教學中依據(jù)線索把浮沉的多個應用實例歸納為三大探究主題活動.第一：探究變沉為浮的方法;第二：探究變浮為沉的方法;第三：如何實現(xiàn)物體的自由浮沉，下面依次來具體說明.

1探究：變沉為浮的方法

這里涉及的方法大致分為4個小探究.

1.1 如何使沉底的雞蛋浮起來？

在水中放入新鮮雞蛋，我們看到的現(xiàn)象是雞蛋沉底了.問：我們能否使雞蛋浮起來？引導思考：要想使雞蛋浮起來，從力學角度分析：G蛋 是固定不變的，那只有增大F浮，而F浮 =ρ液gV排，即增大ρ液.如何來增大ρ液 呢？

方法有很多，每個學生可能都會有自己獨特的思考.例如：在水中加入糖，或加入鹽等.當F浮>G蛋 時，雞蛋就會上浮.從面得到利用增大ρ液 的方法使雞蛋浮起來.

1. 2橡皮泥帶來的思考

把橡皮泥放入水中，橡皮泥也沉底了.學生有了雞蛋上浮的經(jīng)驗，知道了要想使橡皮泥上浮，當然要增大F浮.這次利用增大ρ液 的方法還可以嗎？作為教師要讓學生嘗試失敗，學生要從失敗中學習、思考.錯誤分析：原來橡皮泥的密度和水的密度相差比較大，所以要想使橡皮泥浮起來，增大p渡很難實現(xiàn)ρ液≥ρ泥.回到浮力公式：F浮=ρ液gV排，增大ρ液 不行，可以增大V排.如何增大V排 呢？這正是人類科學史上的一個突破：把橡皮泥做成碗狀，這就是現(xiàn)代意義上的船能漂浮的原理——由于鋼鐵材料自身的密度大于水，把它做成空心狀，增大它的排水量，從而增大船的浮力.

1.3 鐵塊如何浮起來呢？

在課堂上無法把堅硬的鐵塊做成碗狀，我們可以想到借助木塊或者泡沫等物體，即捆綁法增大F浮.例如把鐵塊和木塊或者泡沫捆綁在一起，當整體的F浮>G總，鐵塊就可以浮起來，這就是打撈技術！雖然該內(nèi)容教材是采用學生自讀的方式呈現(xiàn)，但是打撈在現(xiàn)實生活中卻是一個多么實用的技術問題.

1.4 如何在教室里實現(xiàn)“氣球”的飛升呢？

我們通過給薄塑料袋加熱，就可以讓學生看到熱氣球的升空過程，這里有個小竅門，就是在黑色薄垃圾袋的邊緣別上四個曲別針，這個“熱氣球”就會穩(wěn)穩(wěn)地升空.這里，我們不妨帶領學生去了解一下我國古代的“孔明燈”，孔明燈的內(nèi)容不再贅述.

2 探究：變浮為沉的方法

提供的器材：木塊、鐵塊、帶有蓋子的空小玻璃瓶、盛水的量筒.

2.1 如何讓木塊下沉呢？

在前面探究變沉為浮的方法中，學生已經(jīng)有了經(jīng)驗，所以要讓木塊下沉，我們可以借助鐵塊等密度大于水的物體與之捆綁，增大整體的重力，當G總>F浮時，木塊就可以下沉了. 2.2 如何讓帶有蓋子的小玻璃瓶下沉呢？

要使小玻璃瓶下沉，當然利用上面使木塊下沉的方法可以實現(xiàn).另外，還有一個更為簡單的方法：可以往瓶子里加水，增加玻璃瓶整體的重力.隨著玻璃瓶內(nèi)水量的增加，當G瓶>F浮時，玻璃瓶將下沉，這也是潛水艇下潛的原理.

3 如何實現(xiàn)自由沉浮

在該環(huán)節(jié)學生容易想到在水中可以自由上浮、下沉的物體：潛水艇.我們可以自制一個潛水艇模型：取一個無色透明硬質(zhì)塑料小瓶，在底部中央鉆一個孔，再在瓶子底部綁一個鉤碼.取一個塑料針筒，用軟管把針筒和小瓶連接起來，這樣一個可以在水中直立并自由沉浮的潛艇模型就做好了.教材中對潛水艇的分析：由于潛水艇所受到的浮力不變，當水箱中水量增加時，潛水艇總的重力增大，重力大于浮力，從而下沉;反之上浮.其實，我們可以用另外一種眼光來看待潛水艇的沉浮：潛水艇本身（僅為潛水艇的鋼鐵結構，不包括里面的水）的重力不變，當水箱中水量增加時，潛水艇內(nèi)部空間排開水的體積減小，所受到的浮力減小，當浮力小于潛水艇自身重力時，潛水艇下沉;反之上浮.

是不是所有的潛水艇都是這個原理呢？不是.我國最新的潛水利器一一蛟龍?zhí)枺皇强克鋪韺崿F(xiàn)浮沉，而靠的是壓載鐵.這是因為蛟龍?zhí)栆寥撕５?000 m以下的深處進行海底作業(yè)，此時要想通過把水箱里的水壓出去的方法使其上浮，就要克服巨大的水壓，耗費巨大的能源，這不論是從技術難度還是成本方面來看都是不可取的.所以，就需要把壓載鐵拋掉.

綜上所述，將教材中繁多的應用內(nèi)容巧妙地穿插在三大探究活動中，這些活動不僅大大激發(fā)了學生的學習熱情，開發(fā)了他們的智力，同時又能有效地突破教學重點和難點.

參考文獻：

[1]易其順.關于青少年浮力觀念發(fā)展的調(diào)查研究[J].中學物理教學參考，2016 （10）：43 - 47.

[2]楊樹梅.利用自制教具突破《壓強和浮力》教學難點[J].中學物理，2016（1）：47 -48.