物體浮沉條件實驗的創新設計

陶本友

(蕪湖市第四十九中學,安徽蕪湖 241204)

物理學是一門以實驗為基礎的科學,物理學實驗是人們認識世界的重要活動,是物理研究和發展的根基,實驗教學是教學工作者必須認真研究的課題.教師在教學實踐中應該為學生創設實驗情境,引導學生觀察與思考,培養學生發現問題的能力,盡可能激發學生解決問題的強烈欲望.“浮力”是八年級物理的教學難點,特別是學生學習阿基米德原理后,從物體受力分析的角度認識浮沉條件感到困難.這其中一個重要原因是物體浮沉條件的實驗設計存在問題,按照現行教材安排的實驗教學,學生不能清晰完整地經歷物體的浮沉全過程,因而對物體“漂浮、懸浮、上浮、下沉”現象體驗不深刻,進而影響到對物體浮沉條件的理解.為此我們可以源于教材、高于教材創設實驗,探索更好的實驗方案,提升學生的心智和能力.筆者在教學實踐中對物體浮沉條件的實驗進行了創新設計,取得良好的實驗效果.

1 當前教材實驗的不足

教材中物體浮沉條件的實驗是這樣的:先把擰緊蓋子的小空瓶浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析;再把裝滿水并擰緊蓋子的小瓶子浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析;最后把裝適量水并擰緊蓋子的小瓶子浸沒于水中,然后松手,觀察小瓶運動情況并對小瓶受力分析.在此基礎上,總結出物體的浮沉條件.這樣安排實驗,對探究物體漂浮、上浮、下沉現象是合適的,但探究懸浮現象時表現不佳.而且實驗室配置的物體浮沉條件演示器也存在這樣的問題,因為懸浮狀態是不穩定的,受諸多因素影響,水溫,室溫變化,水及浮體膨脹系數差異等會破壞剛剛建立起的懸浮狀態.這正是該實驗的難點所在,而這一點把握不好,學生就不能真切地觀察到懸浮現象,難以真正理解懸浮概念,并且對物體受力分析也帶來不利影響.此外,該實驗探究過程較復雜,操作不便,想得到短暫的懸浮狀態都要不斷地調整,浪費較多時間,有時還不一定成功,教學效率低下、教學效果也不理想.

2 創新設計物體浮沉條件實驗

2.1 準備器材

飲料瓶1只、小螺絲刀1支、小泡沫塑料1塊、水適量.

2.2 調試器材

拿出1小塊長方體泡沫塑料,將小螺絲刀從中穿過,并且讓螺絲刀口穿出泡沫塑料幾毫米的長度即可(不宜過長).可以把穿出部分的螺絲刀口涂上顏色,這樣實驗現象更清晰.螺絲刀起配重作用,能讓泡沫塑料塊在水中呈豎直狀態.不斷調整泡沫塑料塊的體積大小,一直到將其投入水中時,泡沫塑料塊上表面剛好浸沒在水中為止,此時僅有螺絲刀口露出水面,把螺絲刀和泡沫塑料當作一個物體來考慮,則物體呈漂浮狀態,至此器材調試完畢.

2.3 進行實驗

將飲料瓶裝90%左右體積的水,把調試好的帶有螺絲刀的泡沫塑料塊投入水中(讓螺絲刀口端朝上),則物體漂浮,然后擰緊瓶蓋,確保飲料瓶不漏氣.接著,用手握住瓶身,逐漸加大握力,可以看到泡沫塑料塊上表面的螺絲刀口慢慢浸入水中直至全部浸沒,此時物體呈懸浮狀態.如果保持握力大小不變,物體就一直保持著穩定的懸浮狀態,學生切實觀察到懸浮現象.繼續加大握力,物體下沉,最后沉到水底.如果這時松開手,物體立刻上浮,最終漂浮,小螺絲刀口又重新露出水面.

2.4 對實驗的說明

這樣設計實驗,選材方便,都是身邊的物品,學生就地取材,可以安排成課外小實驗,激發探究興趣,增強感性認識,培養動手能力,在實踐中掌握知識,真正體現從生活走向物理的理念.值得一提的是,實驗中的泡沫塑料有兩個優點:其一是調整體積的大小非常方便,可以任意改變,能調試到最佳狀態;其二是這種材料很容易被壓縮,置于密封的飲料瓶內時,只要稍稍用力握瓶子,加大瓶內的壓力時,其體積可以明顯減小,從而可以隨心所欲地改變浮力大小,簡潔、快捷、清晰、穩定、可控地顯示“漂浮、懸浮、上浮、下沉”現象.另外,上面提到,螺絲刀口穿出泡沫塑料幾毫米的長度即可(不宜過長),這是因為如果長度太大,一方面,可能導致泡沫塑料在水中不能呈豎直狀態;另一方面,在加大對瓶子的握力時,盡管泡沫塑料因受壓體積減小,即減小排開水的體積,浮力減小,在物體重力不變時,物體可以下沉,但在螺絲刀口慢慢浸入水的過程中又不斷增加了排開水的體積,因而要讓物體繼續下沉,只有進一步壓縮泡沫塑料的體積才能實現,這樣就需要用更大的握力,給實驗操作帶來不便,所以螺絲刀口露出水面的部分越少越好.

總之,新課標初中物理教材中精心編排了很多實驗,蘊涵著豐富的內容,這些實驗可以培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度和敢于創新的探索精神,對學生實行科學素養教育起著重要作用.教師應深入挖掘、認真鉆研教材,并充分發揮它的巨大作用,努力實現新課標中提出的提高全體學生科學素養的目標,為學生的全面發展做出自己的貢獻.