簡約的浮沉實驗器

摘要：作者設計了一種簡單的浮沉實驗器，使學生能通過實驗，觀察并體驗到“漂浮、懸浮、上浮、下沉”的全過程。

關鍵詞：浮沉；泡沫：創新

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1003-6148（2013）11（S）-0058-2

物體浮沉實驗是初中物理實驗教學的難點，按照現行教材教學，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，介紹如下。

1實驗鋪墊

泡沫塑料隨處可見，其特點之一是很容易被壓縮。取一塊體積稍大盡可能松軟的泡沫塑料（以能放進飲料瓶為宜），放入裝有90%以上體積水的飲料瓶中，擰緊瓶蓋，用較大力握瓶身，可以看到漂浮在水面上的泡沫塑料塊體積明顯地減小了，松開手后，泡沫塑料塊Bbhj76sCkYIjpXaJA15I3A==又恢復原狀（如圖l所示）。

2創新設計物體浮沉實驗器

2.1準備器材

500mL普通飲料瓶一只、長約8cm小螺絲刀一支、小泡沫塑料一塊（例如：可以選取純牛奶紙箱內的泡沫襯墊，該泡沫寬約1.5cm、厚約1.2cm，截取約2.5cm的長度即可）、水適量（圖略）。

2.2調試器材

拿出準備好的長方體泡沫塑料塊，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。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，即僅讓螺絲刀口露出水面。在實際操作中，一開始選取的泡沫塑料塊體積可以稍大些，再根據實際情況逐漸削減。反復嘗試，直到符合上述要求。把螺絲刀和泡沫塑料當作一個物體來考慮，則這個物體呈漂浮狀態（如圖2所示），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（讓螺絲刀口這端朝上），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（如圖3所示），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（如圖4所示）。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

學生根據平時生活經驗以及在“1.實驗鋪墊”的啟發下，認識到本方案是通過改變物體排開水的體積來改變浮力的。學生可以由此進一步領悟，既然改變的物理量是物體的體積。而物體的質量并未改變，那么在浮沉全過程中物體的密度是變化的。因此，這樣設計實驗不僅可以從受力分析的角度來研究物體的浮沉條件，還能夠由物質密度與水的密度大小關系這個角度來分析物體的浮沉條件。真正實現化難為易，抽象變具體。這個方案，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。筆者任課班級很多學生按照要求自制了這個實驗裝置。效果良好。值得一提的是，實驗中的泡沫塑料至少有兩個優點：其一是調整體積的大小非常方便，可以任意改變。根據配重（小螺絲刀等）的不同均能調試到最佳狀態：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。

（欄目編輯 王柏廬）