吳勇靈

（黔南民族師范學(xué)院物理與電子科學(xué)系，貴州 都勻 558000）

一、問題的提出

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，而中學(xué)生在學(xué)習(xí)階段心理特點(diǎn)是由形象思維向抽象思維發(fā)展，特別是初中的學(xué)生，抽象思維的能力還不夠強(qiáng)，而且又是剛學(xué)習(xí)物理知識(shí)，教師必須注意這兩種因素，做好初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的“引路人”或“啟蒙者”。這就要求在物理教學(xué)中（特別是初中）要加強(qiáng)直觀教學(xué)。具體措施就是做好演示實(shí)驗(yàn)，激起學(xué)生的興趣，開發(fā)學(xué)生非智力因素，從而幫助他們理解和掌握物理知識(shí)，逐步發(fā)展他們的認(rèn)識(shí)能力[1]。筆者在進(jìn)行中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的教學(xué)過程中，向?qū)W生提如下問題：

如圖1所示，物體是否受到浮力的作用呢？

圖1

很多學(xué)生都認(rèn)為，物體受到的浮力應(yīng)該等于它所排開的液體所受到的重力，即圖1所示的物體均受到浮力的作用。然而實(shí)際上只有（d）圖的物體受到浮力的作用，（a）～（c）的物體沒有受到浮力的作用。學(xué)生對(duì)這個(gè)問題不能做出正確的回答是因?yàn)樗齻儗?duì)浮力產(chǎn)生的原因不理解。為此，筆者查閱了相關(guān)資料，在文獻(xiàn)[2]上沒有對(duì)浮力的定義及浮力的產(chǎn)生原因進(jìn)行介紹，重點(diǎn)介紹的是浮力的大小計(jì)算（阿基米德定律）及簡單應(yīng)用；在文獻(xiàn)[3]和[4]上指出：“浸在液體（或氣體）中的物體，受到液體（或氣體）對(duì)它向上的托力，這個(gè)力叫做浮力；浮力產(chǎn)生的原因是液體（或氣體）對(duì)物體向上和向下的壓力不同，浮力的實(shí)質(zhì)是液體（或氣體）對(duì)物體向上和向下的壓力之差”。但是對(duì)浮力產(chǎn)生的原因沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。浮力產(chǎn)生的原因是學(xué)生不好理解的一個(gè)問題，用在液體中取假想液塊的方法非常抽象，對(duì)初中生而言，是無法理解的。如果教師對(duì)浮力產(chǎn)生的原因進(jìn)行一些演示實(shí)驗(yàn)，可以幫助學(xué)生建立浮力概念、理解浮力產(chǎn)生的原因。因此，筆者設(shè)計(jì)了一些浮力產(chǎn)生原因演示實(shí)驗(yàn)的幾種方法，與大家共同探討。

二、浮力產(chǎn)生原因演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

1.用一個(gè)能蓋緊蓋子的盒子進(jìn)行演示

找一個(gè)可以蓋緊蓋子的空盒子，如咖啡盒或密封糖罐，在將蓋好蓋兒的盒放入水底的過程中，手會(huì)感到向上的托力，無論橫放還是立放，只要松開手它就會(huì)浮上來。讓學(xué)生觀察清楚后再進(jìn)行如下演示：（1）用一根結(jié)實(shí)的橡皮筋一端與盒子連在一起，另一端與一個(gè)放在水中能夠下沉的物體連在一起，必須注意的是將連在一起的盒子與物體放入水中時(shí)，橡皮筋能夠拉直且盒子全部被水淹沒，物體沉到水底（如圖2[a]），記下橡皮筋的改變量。（2）把盒中裝滿水或其他物體，使它放在水中不再浮起（如圖2[b]），記下像僻靜的長度。然后取出盒子，用同一根橡皮筋與盒子連接起來并將將提起，記下在空中時(shí)橡皮筋的長度，兩次數(shù)值之差就是橡皮筋的改變量。橡皮筋的變化表明，兩次橡皮筋的改變量一致，說明盒子受到浮力的作用且大小相等。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，主要存在的問題是對(duì)于像僻靜在水中時(shí)如何準(zhǔn)確的測量它的長度，因此教師必須做好長度的測量。

圖2

2.雙乒乓球?qū)嶒?yàn)

圖3

圖4

找空礦泉水瓶一個(gè)和一個(gè)空高橙飲料瓶、乒乓球兩個(gè)、一根鐵絲。將礦泉水瓶底和高橙飲料瓶的上半部分剪去，然后做成如圖3所示的裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將該裝置放在講桌上，然后在礦泉水瓶中放入兩個(gè)乒乓球，因?yàn)槠可聿淮螅瑑蓚€(gè)乒乓球會(huì)一個(gè)在下堵住瓶頸，另一個(gè)在上，有一個(gè)杯子或小桶從上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶頸，水只能向下滲漏。隨著瓶內(nèi)水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也隨之上升。下面的乒乓球雖然周圍和上面都是水，但它卻沒有上浮。直到飲料瓶的水位位于瓶口和瓶頸之間，下面的乒乓球的底部也會(huì)浸沒在水中，它才會(huì)上升到水面。

3.上浮的木塞

取空高橙飲料瓶一個(gè)、圓木塞一只、粘膠。圓木塞要?jiǎng)偤萌陲嬃掀靠谏?，不要太緊。再在圓木塞中央鉆一個(gè)直徑約5mm的小孔。將飲料瓶的中間部分剪去，依然瓶口向上地將瓶頸用粘膠粘接在瓶內(nèi)底部（如圖4）待膠干后即可使用。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將木塞放在瓶口上，再用杯子裝水沿瓶壁倒入瓶中。很快水將浸沒木塞周圍，但此時(shí)木塞并不上浮。水面繼續(xù)上升，漫過木塞上表面，經(jīng)小孔向里流水，此時(shí)木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐漸上升，剛剛達(dá)到木塞底部，木塞會(huì)立即上浮到瓶中水面上。

4.用驗(yàn)壓器進(jìn)行演示

由液體內(nèi)部的壓強(qiáng)為知道，深度越深，液體壓強(qiáng)越大的原理進(jìn)行演示。用兩只測液體內(nèi)部壓強(qiáng)的驗(yàn)壓器代替物體的上下面，橡皮膜朝外，驗(yàn)壓器小盒分別與兩只V形管壓強(qiáng)計(jì)相連，把這個(gè)特殊的物體放入水中，觀察壓強(qiáng)計(jì)中液面的高度差（如圖5所示），由此說明浮力產(chǎn)生的原因是由液體對(duì)物體下表面和上表面的壓強(qiáng)差引起的[4]。

圖5

5.用石蠟進(jìn)行演示

將一小塊平板玻璃放在比例水槽底部，再將立方體蠟塊放在水中，發(fā)現(xiàn)蠟塊漂浮在水面上，如果將石蠟放入水中的玻璃板上，使蠟塊與玻璃板緊密接觸，排出底部的水，這樣蠟塊就不再浮起[5]，如圖6（a）所示。在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了演示效果明顯，使學(xué)生能夠看清楚，最好先將蠟塊與玻璃板緊密接觸，放在水槽底部，然后將水沿著水槽壁慢慢倒進(jìn)水槽里，直至水全部淹沒蠟塊，并液面高出蠟塊的上表面很多為止，讓學(xué)生觀察此時(shí)的蠟塊仍然沉在水底，最后用玻璃棒（或長木棒等）撬起蠟塊底部，使水進(jìn)入蠟塊底部，蠟塊上浮，如圖6（b）所示。

圖6

三、結(jié)束語

本文所討論浮力產(chǎn)生原因的演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，取材方便，容易制作，演示效果明顯，可以幫助學(xué)生理解浮力的產(chǎn)生原因，且具有一定的趣味性、直觀性，能夠提起學(xué)生學(xué)習(xí)浮力知識(shí)的興趣，必須注意的是選擇裝水的容器一定是透明的，為了安于觀察，水最好用紅色染料染成紅色。這些方法對(duì)教師進(jìn)行初中物理教學(xué)時(shí)進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 吳曉康.感知規(guī)律在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用[J].教學(xué)月刊（中學(xué)版），2006（7）上.

[2] 課程教材研究所.物理課程教材研究開發(fā)中心.物理（九年級(jí)）[M].北京：人民教育出版社，2008.

[3] 蔡曄，中考·奧賽全程對(duì)策—初中物理2[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[4]洪林旺.王后維學(xué)案教材完全解讀——物理九年級(jí)（全一冊(cè)）[M].中國青年出版社，20099.

[5] 劉炳昇，魏日升.初中物理教師實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練[M].高等教育出版社，2003.