物體沉浮的條件及應(yīng)用教學(xué)探究

謝榮瑜

【摘要】本文論述了教師引導(dǎo)學(xué)生明確概念的界限，把握物體沉浮的實(shí)質(zhì)，合理地探究應(yīng)用過程，化繁為簡(jiǎn)，幫助學(xué)生有效地掌握物體沉浮的條件及應(yīng)用，提高物理教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】初中物理 沉浮條件 教學(xué)探究

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2017）02A-0074-01

在浮力一章，對(duì)于物體沉與浮的理解及其應(yīng)用一直是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，關(guān)于沉與浮關(guān)系的界定與實(shí)際聯(lián)系的應(yīng)用問題也一直是歷年中考的常見題型。但筆者發(fā)現(xiàn)，教師對(duì)沉浮相關(guān)知識(shí)的講解更習(xí)慣分情況探討沉浮的條件，羅列對(duì)應(yīng)公式，再利用大量練習(xí)題強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，這樣教學(xué)容易導(dǎo)致學(xué)生混淆情況復(fù)雜的沉浮關(guān)系，從而對(duì)物理學(xué)習(xí)產(chǎn)生倦怠感。其實(shí)沉與浮的關(guān)系并沒有那么復(fù)雜，教師只需引導(dǎo)學(xué)生明確概念的界定，把握沉浮的實(shí)質(zhì)，科學(xué)探究應(yīng)用過程，化繁為簡(jiǎn)，就能幫助學(xué)生有效地掌握沉浮的條件和應(yīng)用。

一、探究實(shí)質(zhì)，厘清沉浮的相關(guān)概念

在這個(gè)過程中教師首先要明確什么是初中生要掌握的“沉與浮”，因此，引導(dǎo)學(xué)生厘清沉與浮的相關(guān)概念就顯得非常重要了。為了迎合初中生的認(rèn)知規(guī)律，在講解類似沉與浮相對(duì)性較強(qiáng)的概念時(shí)，教師可采用“排除法”讓學(xué)生準(zhǔn)確地理解目標(biāo)概念，排除相關(guān)概念的干擾。

在《沉與浮》一節(jié)中所涉及的幾個(gè)概念（即上浮、懸浮、下沉、漂浮、沉、浮），它們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的表象相似又相對(duì)，極易對(duì)學(xué)生的認(rèn)知產(chǎn)生干擾和迷惑。教師可采用排除法依次對(duì)概念進(jìn)行梳理：對(duì)于上浮和浮，教材所給出的定義是浮力大于重力時(shí)，物體上浮。很明顯，這里的上浮指的是一個(gè)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，而我們理解的浮則是一個(gè)物體漂浮于水面的靜止?fàn)顟B(tài)，可見浮不等同于上浮。同理，下沉與沉也是如此。在初中物理教學(xué)中，我們研究的是物體僅受到重力和浮力的影響，以及物體由靜止發(fā)生上浮和下沉的條件，而懸浮和漂浮是在力的平衡狀態(tài)下，物體在水（空氣）中的特殊情況，不屬于上浮和下沉的過程。這樣，學(xué)生明確了沉浮的條件是物體運(yùn)動(dòng)的條件，有效地排除了相對(duì)靜止和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的干擾，為接下來?xiàng)l件的判斷在思路上獲得了清晰的認(rèn)知。

二、挖掘?qū)嵸|(zhì)，掌握沉浮的對(duì)應(yīng)條件

通過厘清沉浮的相關(guān)概念，我們對(duì)沉與浮一節(jié)的下一個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)更加明確：沉浮的條件是什么？談及對(duì)條件的學(xué)習(xí)，我們會(huì)聯(lián)系到分情況討論。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生探究物體發(fā)生沉浮的決定因素和影響因素，這時(shí)，教師可以積極地采用聯(lián)想教學(xué)的方法，引導(dǎo)學(xué)生挖掘內(nèi)容實(shí)質(zhì)，加深對(duì)知識(shí)的掌握和內(nèi)化。

通過對(duì)阿基米德原理的學(xué)習(xí)，我們知道浮力與重力的關(guān)系決定了物體在液體或氣體中的沉與浮。所以可以結(jié)合阿基米德原理對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行推導(dǎo)。物體在水中懸浮時(shí)，浮力與物體重力相等，即F浮=G物，因?yàn)镕浮=ρ液gV排和G物=m物g，可以得出m物g=ρ液gV排的關(guān)系，又因?yàn)閙物g=ρ物V物g，所以可以得到ρ液gV排=ρ物gV物的等式關(guān)系；對(duì)于物體懸浮的特殊情況，物體排開液體的體積等于物體的體積，即V排=V物，所以可以得出物體在懸浮時(shí)，物體密度與液體密度ρ液=ρ物的特殊關(guān)系；當(dāng)物體由懸浮開始上浮時(shí)，此時(shí)物體的浮力大于重力，則ρ液>ρ物；而當(dāng)物體由懸浮開始下沉?xí)r，此時(shí)物體的浮力小于重力，則ρ液<ρ物。

通過聯(lián)想教學(xué)，幫助學(xué)生利用數(shù)學(xué)關(guān)系，掌握了物體發(fā)生沉浮的決定因素和影響因素。

三、運(yùn)用實(shí)質(zhì)，破解沉浮的實(shí)際應(yīng)用

在現(xiàn)實(shí)生活中我們可以發(fā)現(xiàn)很多利用浮力原理進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，如飛艇、潛艇等，它們也反映出通過控制物體的重量或密度實(shí)現(xiàn)飛艇或潛艇的升降。但在教學(xué)中教師要將實(shí)際模型抽象為物理模型，通過受力分析，運(yùn)用物體沉浮的實(shí)質(zhì)來解決物理問題。

例：一根繩子向上拉著一個(gè)實(shí)心鋁球浸沒在一個(gè)水槽中，鋁球的體積為1×103cm3，鋁球的密度為已知，求鋁球浸沒在水中時(shí)繩子的拉力是多少？解析：由受力情況可知，鋁球浸沒在水中時(shí)豎直向上F拉+F浮的和等于豎直向下的鋁球的重力，即：F拉+F浮=G球，所以F拉=G球-F浮，又因?yàn)榻]時(shí)V排=V球，所以F拉=（ρ球-ρ水）·V排·g（解題過程略）。變式一，如果繩子承受的最大拉力為20N，鋁球露出水面多少體積時(shí)，繩子被拉斷？解析：拉斷時(shí)，繩子達(dá)到最大的承受拉力，同樣F拉+F浮=G球，則F浮=G球-F拉，而F浮=ρ液gV排，所以G球-F拉=ρ液gV排，得出V排，可以求出露出的體積。變式二，將鋁球改為乒乓球，拉力的方向改為向下，求乒乓球浸沒在水中時(shí)繩子的拉力是多少？解析：因?yàn)镕浮=G球+F拉，所以F拉=F浮-G球，則F拉=（ρ水-ρ球）·V排·g。這樣教學(xué)讓學(xué)生對(duì)浮力的應(yīng)用有了更深刻的理解，提高了教學(xué)效率。

綜上所述，物體的沉浮及應(yīng)用的學(xué)習(xí)要求我們?cè)诶迩甯拍畹幕A(chǔ)上，明確變化過程的實(shí)質(zhì)，歸納影響變化的因素，整合出應(yīng)對(duì)實(shí)際問題的方法，通過原有知識(shí)的聯(lián)想和變式練習(xí)，加深了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的深化和理解。

（責(zé)編 林 劍）