蘇咸磊

摘 要：“阿基米德”原理是初中物理浮力知識的重要實(shí)驗(yàn)，但現(xiàn)行教材中的實(shí)驗(yàn)有不足之處，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差太大。諸多同行在實(shí)踐中頻有創(chuàng)新，但也難免存在一些瑕疵。文章作者在他人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)多次實(shí)踐，用簡單的器材既能很好地完成實(shí)驗(yàn)，直觀形象，從定性和定量的角度均能得出定律，又適合于演示，又適合于學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的價(jià)值和意義，對指導(dǎo)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有很好的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：誤差;直觀;普遍性

浮力是初中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)，而阿基米德原理是浮力的核心知識點(diǎn)，因此做好教材中的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，能為下一節(jié)物體的浮沉、浮力的利用奠定理論基礎(chǔ)，可以說在整章內(nèi)容的學(xué)習(xí)上起到承上啟下的作用，對于學(xué)生更好地理解浮力知識至關(guān)重要。圖1為現(xiàn)行人教版中的實(shí)驗(yàn)插圖。

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

第一步，如圖甲，將溢水杯裝滿水，并用測力計(jì)測出物體所受的重力G物。

第二步，如圖乙，把被測物體浸沒在盛滿水的溢水杯中，讀出這時(shí)測力計(jì)的示數(shù)F。同時(shí)，用小桶收集物體排開的水。

第三步，如圖丙，測出小桶和物體排開水的總重力G總。

第四步，如圖丁，測出空小桶所受的重力G桶。

將數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中。

利用二力平衡知識分析可得：物體所受的浮力F浮=G物-F，而被物體排開的水的重力G排=G總-G桶?？偨Y(jié)得出規(guī)律：浸在液體中的物體受到液體對它豎直向上的浮力，浮力的大小等于物體所排開的液體的重力，即

F浮=G排，此定律即為阿基米德原理。

本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)，但由于教師的演示實(shí)驗(yàn)可見度較小，即使讓一些學(xué)生上講臺參與，仍不能滿足大多數(shù)學(xué)生的求知欲望，也不利于發(fā)揮學(xué)生的主體作用。通過分析及實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)存在明顯的不妥之處。

第一，如果按照課本介紹的實(shí)驗(yàn)步驟操作的話，第四步測出的小桶所受重力G桶還包括了沒有倒干凈而殘留在桶內(nèi)的水的重力，這樣的測量結(jié)果將明顯大于小桶所受的重力，導(dǎo)致物體所排開的液體的重力G排大于物體所受的浮力F浮，如果將出現(xiàn)的問題歸結(jié)為誤差，也實(shí)在是有些勉強(qiáng)。

第二，用手提著彈簧測力計(jì)無論是測物體的重力還是測物體浸在水中時(shí)的拉力，由于手很難做到靜止不動(dòng)，所以讀數(shù)不太方便，即使讀出示數(shù)，也可能誤差較大。

第三，實(shí)驗(yàn)中探究的是物體“浸沒”在水中時(shí)的情況，而不是浸沒在水中，如果物體只有一部分“浸在”水中，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否成立，這一過程沒有探究，即實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有偶然性。

針對教材中存在的問題，很多的物理教師集思廣益，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，探究出了一些比較新穎的實(shí)驗(yàn)方案。筆者選擇兩種比較有代表性的方案做分析。

方案一：如圖2所示，C為塑料袋，薄塑料袋不計(jì)質(zhì)量，彈簧測力計(jì)B的示數(shù)即為物體排開水的重力，A測力計(jì)減小的示數(shù)即為物體所受的浮力，所以該方案能同時(shí)顯示出物體所受浮力的大小和物體排開液體的重力大小，且彈簧測力計(jì)上端有鐵架臺固定，讀取示數(shù)更加穩(wěn)定。但在塑料袋C下降的過程中，玻璃管會受塑料袋的壓力和摩擦力的作用，根據(jù)力的相互性，造成B彈簧測力計(jì)的示數(shù)比真實(shí)值偏小。

方案二：如圖3所示，在彈簧測力計(jì)下端掛上小桶和金屬塊，當(dāng)將金屬塊全部浸入溢水杯的水中時(shí)，用燒杯收集排開的水，再把燒杯中的水全部倒入小桶中，彈簧指針又恢復(fù)到原來位置o，從而得出F浮=G排。但問題是燒杯中的水不可能全部倒入小桶中，所以測力計(jì)的指針也不可能真正指示到原來的位置o，且該實(shí)驗(yàn)方案中浮力的得出是通過受力分析實(shí)現(xiàn)的，這對于剛剛接觸浮力知識的學(xué)生來說，理解起來還是有一定難度的。

在借鑒同行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)踐與探索，筆者設(shè)計(jì)出了這樣的實(shí)驗(yàn)方案，如圖4所示。

實(shí)驗(yàn)步驟如下。

第一步，將溢水杯裝滿水，將物體和小桶分別掛在彈簧測力計(jì)下面，調(diào)節(jié)鐵夾的高度，使兩個(gè)測力計(jì)的指針位置在同一高度（為醒目起見，可固定a、b、c三條橡皮筋，如左圖中的a橡皮筋）。

第二步，保持彈簧測力計(jì)的高度不變，改變系物體的細(xì)線的長度，使物體分別浸在水中不同的體積，如1/3、1/2、3/4和全部，等到兩個(gè)測力計(jì)的指針位置變化穩(wěn)定后，分別固定b和c，則a和b間的示數(shù)變化即為物體所受的浮力，a和c間的示數(shù)變化即為物體排開水的重力。

由于該實(shí)驗(yàn)一般為演示實(shí)驗(yàn)，所以這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案與前面的實(shí)驗(yàn)方案相比，又有以下兩個(gè)亮點(diǎn)。

第一，通過不同顏色的橡皮筋間的距離（即測力計(jì)示數(shù)的變化）可同時(shí)直觀地看出物體所受的重力及排開水的重力的關(guān)系，非常直觀，便于所有的學(xué)生進(jìn)行觀察，離實(shí)驗(yàn)裝置較近的學(xué)生還可通過讀取測力計(jì)的示數(shù)分別計(jì)算出物體重力和物體排開水的重力的關(guān)系（F浮=G-F拉，G排=G總-G桶）。這樣無論是從定性還是從定量的角度均能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

第二，同一裝置可分別探究物體不同體積 （可在系物體的細(xì)線上打上幾個(gè)結(jié)，以便直接掛在測力計(jì)的掛鉤上） 浸在水中時(shí)所受浮力及排開水的重力的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)多次測量，從而使結(jié)論更具有普遍性。

幾點(diǎn)說明。

第一，彈簧測力計(jì)要選用演示型的，指針及刻度較大，便于所有學(xué)生觀察。

第二，物體要選擇體積適當(dāng)大一些的，不吸水且形狀不規(guī)則。

第三，溢水杯不要用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)成的，要自己來做。實(shí)驗(yàn)室里的溢水杯一是容器較小，再就是溢水管比較粗且長度較短，水溢出時(shí)可能會沿著外側(cè)壁向下流，同時(shí)由于水的表面張力，溢水口處水較多，造成實(shí)驗(yàn)的誤差較大?？蛇x用質(zhì)地較硬的大塑料杯，在側(cè)面（位置適當(dāng)靠上）開一個(gè)圓孔，再將一細(xì)長的玻璃管末端折彎，穿過橡膠塞后，再將橡膠塞固定在圓孔上。如圖5所示。

第四，為便于觀察，最好在水中加入適量紅墨水。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]伍平.關(guān)于“阿基米德原理演示實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)[J].甘肅教育，1995（11）.

作者簡介：蘇咸磊（1975—），男，高級教師，本科，研究方向：初中物理教學(xué)。