改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：探究浮力產(chǎn)生的原因

程生銀

摘 要：本文重點(diǎn)論述了改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程和課本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)過程，通過對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比，得出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)更易直觀地探究出浮力產(chǎn)生的原因及不產(chǎn)生浮力的情況，實(shí)驗(yàn)過程符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生更容易接受。

關(guān)鍵詞：浮力；浮力產(chǎn)生的原因；演示裝置

中圖分類號(hào)：G63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9132（2016）32-0233-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.32.148

一、課本實(shí)驗(yàn)過程和意圖

八年級(jí)下冊(cè)物理探究浮力產(chǎn)生的原因，課本實(shí)驗(yàn)的思路是直接通過如圖1所示實(shí)驗(yàn)裝置，研究水平方向受到的壓力情況和豎直方向受到的壓力的情況，先把上下底面是橡皮膜的玻璃圓筒水平放置，讓學(xué)生觀察前后放置時(shí)玻璃圓筒橡皮膜的凹陷情況和左右放置時(shí)玻璃圓筒橡皮膜的凹陷情況，從而讓學(xué)生得到水平方向受到的壓力都是平衡力，不是浮力產(chǎn)生的原因，然后再把上下底面是橡皮膜的玻璃圓筒豎直放置，讓學(xué)生觀察上下玻璃圓筒橡皮膜的凹陷程度，得到上下底面受到的壓力不平衡，從而得出浮力產(chǎn)生的原因：浸在液體中的物體上下表面存在壓力差，這個(gè)壓力差就是浮力。

二、課本實(shí)驗(yàn)存在的不足

第一，教師在演示課本實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生還意識(shí)不到通過研究物體各面受到的壓力情況來研究浮力產(chǎn)生的原因，也沒有形成知識(shí)準(zhǔn)備，這種情況下，直接去觀察實(shí)驗(yàn)，接受效果自然較差。

第二，課本實(shí)驗(yàn)沒有探究出不產(chǎn)生浮力的情況，沒有將浮力產(chǎn)生的原因做進(jìn)一步拓展，導(dǎo)致學(xué)生在解決相關(guān)不受浮力的問題時(shí)很困難。

第三，課本實(shí)驗(yàn)次數(shù)較多，導(dǎo)致教師不能很好地利用課堂教學(xué)時(shí)間，提高教學(xué)質(zhì)量。

第四，在探究浮力產(chǎn)生的原因時(shí)，學(xué)生通過觀察不能很好地理解浮力產(chǎn)生的原因，從而在分析相關(guān)問題時(shí)容易出錯(cuò)。

三、改進(jìn)方案

為了加深學(xué)生的理解，突破難點(diǎn)，提高學(xué)生分析和解決問題的能力，本實(shí)驗(yàn)方案從以下方面進(jìn)行了改進(jìn)。

第一，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，用一個(gè)自制裝置（如圖2），有大小兩個(gè)水槽組成（小水槽底部有個(gè)正方形的開口），還有正方體木塊、上下左右被橡皮膜包裹的空心立方體、注水管和水。

第二，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)過程，先把大小兩個(gè)水槽組成的裝置水平放置，然后把正方形木塊放到小水槽正方形開口處，在小水槽中注入水，正方形木塊不上浮（如圖3所示）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果出乎學(xué)生預(yù)料，沒想到木塊在水中沒有浮起來，讓學(xué)生很好奇，這樣可以激發(fā)學(xué)生求知欲。這時(shí)候，教師因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生分析正方體木塊的受力情況，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。根據(jù)分析，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)正方體木塊受到兩類力的作用：一是重力，但重力方向豎直向下，而浮力方向豎直向上，所以它不是產(chǎn)生浮力的原因；二是壓力，正方體受力情況是，左右兩個(gè)壓力，前后兩個(gè)壓力，都是平衡力，上表面受到向下的壓力，而下表面沒有受到水向上的壓力，所以木塊沒有上浮。給大水槽注入水，當(dāng)水上升到一定程度時(shí)，木塊浮起來了。這樣就可以讓學(xué)生明白浮力產(chǎn)生的原因可能與木塊各表面受到的壓力有關(guān)，從而讓學(xué)生從壓力的角度去探究浮力產(chǎn)生原因。

接下來再用上下左右包了橡皮膜的空心立方體去探究浮力產(chǎn)生的原因。有了前面的分析，學(xué)生就有了思路。具體做法：把該空心立方體放在小水槽的正方形開口處（如圖4）所示，在小水槽中注入水，觀察空心立方體各面的受力情況，會(huì)發(fā)現(xiàn)左右兩個(gè)面橡皮膜凹陷程度一樣，說明左右兩個(gè)面受到的壓力相等，是一對(duì)平衡力。前后面和左右面在液體同一深度，受到的壓力相同，前后面受到的壓力也是一對(duì)平衡力。再觀察上下兩個(gè)面受到的壓力情況，上表面橡皮膜凹下來了，下表面橡皮膜是平的，說明上表面受到了液體對(duì)物體向下的壓力，下表面沒有受到液體對(duì)它的壓力，故合力向下，不會(huì)產(chǎn)生豎直向上浮力。接下來在大水槽中注入水，水面與小水槽底部相平，空心立方體橡皮膜受力情況和剛才相同，沒有受到浮力。

繼續(xù)注入水，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)下表面的橡皮膜開始不斷地凹下去，直到下表面橡皮膜跟上表面橡皮膜凹陷程度相同時(shí)，可看到左右凹陷程度沒變，左右前后受到壓力沒變，而上下凹陷相同，故上下兩個(gè)壓力合力為零，這時(shí)候也沒有受到浮力。在下表面凹陷比上表面凹陷小時(shí)，說明上表面受到的壓力大，下表面受到的壓力小，合力向下，也沒有產(chǎn)生浮力。所以，沒有產(chǎn)生浮力的第二種情況是：物體的下底面如果受到向上的壓力小于等于向下的壓力時(shí)，物體也不會(huì)受到液體向上的浮力。

繼續(xù)注入水直到大水槽的水面跟小水槽的水面相平（如圖5所示），觀察空心立方體橡皮膜凹陷情況，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)左右沒變，上表面也沒變，只有下表面的橡皮膜凹陷程度變大且大于上表面的凹陷程度，這說明下表面的壓力大于上表面的壓力，這個(gè)壓力差這就是第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中木塊上浮的原因，也就是浮力產(chǎn)生的原因，從而就可得出浮力產(chǎn)生的原因是：浸在液體中的物體上下表面受到的壓力差。這不但讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到了浮力產(chǎn)生的原因，而且明白了浸在液體中的物體不受浮力的情況，使得該知識(shí)得到了升華。

對(duì)浮力產(chǎn)生原因?qū)嶒?yàn)的改進(jìn)，在實(shí)際授課過程中不僅達(dá)到了良好的實(shí)驗(yàn)效果，還加深了學(xué)生對(duì)浮力的認(rèn)識(shí)，提高了學(xué)生分析和解決問題的能力，取得了意想不到的效果。

[責(zé)任編輯 房曉偉]