從中考題談“冰塊漂浮”問(wèn)題教學(xué)中的“框”

范建華

蘇州工業(yè)園區(qū)星洲學(xué)校，江蘇 蘇州 215021

從中考題談“冰塊漂浮”問(wèn)題教學(xué)中的“框”

范建華

蘇州工業(yè)園區(qū)星洲學(xué)校，江蘇 蘇州 215021

從中考題中常考查的“冰塊漂浮”問(wèn)題著手，分析目前教學(xué)中有部分教師出于教學(xué)的功利性，在教學(xué)中常常給學(xué)生總結(jié)出一些“框”供學(xué)生使用，不能真正培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)。分析在物理教學(xué)中應(yīng)該如何真正培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)從而促進(jìn)學(xué)生的長(zhǎng)久發(fā)展。

浮力；冰塊漂浮；中考；核心素養(yǎng)

初中物理中浮力的教學(xué)是一個(gè)難點(diǎn)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)于該板塊知識(shí)的理解與掌握一直有不小的困難。教師們?cè)诮虒W(xué)中一直在探尋最優(yōu)的途徑進(jìn)行教學(xué)，以期達(dá)到最好的教學(xué)效果。在浮力形形種種的題型中，不同的教師常常根據(jù)自己對(duì)題目的理解進(jìn)行教學(xué)，將題目歸為幾種比較典型的類型，好似編了幾個(gè)不同的“框”，指導(dǎo)學(xué)生在遇到對(duì)應(yīng)的題目時(shí)用相應(yīng)的“框”去套。這種教學(xué)常常是“就題論題、就題講題”，以致學(xué)生眼里永遠(yuǎn)都是樹(shù)木，從未見(jiàn)森林。缺少?gòu)母叩囊暯侨徱曨}目考查的本質(zhì)，不能從知識(shí)的本質(zhì)著手去培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)和技能。長(zhǎng)期以往地以這種方式教學(xué)，不僅不能讓學(xué)生真正理解物理知識(shí)的本質(zhì)、培養(yǎng)物理探究的能力，還有可能由于給的“框”不能正確解決學(xué)生遇到的問(wèn)題，從而使學(xué)生茫然。

下面筆者就兩道中考試題來(lái)談一談“冰塊漂浮”問(wèn)題中常見(jiàn)的問(wèn)題，進(jìn)而探尋在此類問(wèn)題教學(xué)中應(yīng)抓住的核心內(nèi)容。

（2015.福建漳州）如圖1所示，在水平桌面上放置一個(gè)裝有適量水的錐形瓶，瓶?jī)?nèi)漂浮著一塊冰，冰融化過(guò)程中

A.瓶?jī)?nèi)水面上升

B.水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)減小

C.桌面受到的壓力增大

圖1

D.桌面受到的壓強(qiáng)不變

在這道題中，瓶子對(duì)桌面的作用是固體對(duì)固體的作用。不管冰塊是否熔化，瓶子和其內(nèi)所裝的物體由于都一直處于靜止?fàn)顟B(tài)，看作一個(gè)整體。其總重力不變，所以對(duì)水平桌面的壓力不變，同時(shí)壓強(qiáng)也不發(fā)生變化。這里所運(yùn)用的整體思想在教學(xué)中可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行滲透，因?yàn)樵谖锢淼膶W(xué)習(xí)中“整體法”是一個(gè)常用的方法。水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)取決于冰塊熔化后水面高度的變化情況。冰塊漂浮，由阿基米德原理可知：冰塊重力等于受到的浮力，冰塊熔化成水后重力不變。則得到，所以水面高度不變，則水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)也就不變。

拓展：瓶?jī)?nèi)裝著的是鹽水，冰塊漂浮在鹽水中，冰塊熔化過(guò)程中水面高度如何變化？

解題思路同上，冰塊重力等于受到的浮力，冰塊熔化成水后重力不變。由于，所以，則液面上升。

在剛剛的兩種題型的教學(xué)中，不少教師在上述問(wèn)題教學(xué)后會(huì)給學(xué)生總結(jié)出一個(gè)結(jié)論：水面的變化是由熔化后液體的密度和容器中液體的密度關(guān)系決定的：如果熔化后液體密度小于容器中液體密度，則熔化后的體積大于之前排開(kāi)液體的體積，液面上升；如果密度相等，則液面不變；如果密度大于容器中液體密度，則液面下降。且在教學(xué)中還推廣到冰塊中含有雜質(zhì)的情形，可用熔化后的液體和雜質(zhì)的平均密度和容器中的液體密度來(lái)進(jìn)行判斷。殊不知，這種結(jié)論是有漏洞的。

（2016.四川遂寧）如圖2，底面積為100cm2的圓柱形容器內(nèi)裝有足夠多的水，在水面上有一體積為4.5×10-4m3的冰塊，冰塊內(nèi)含有質(zhì)量為

60g的物體，冰塊有的體積露出水面。（ρ冰=0.9×103kg/m3，g=10N/kg），求：

（1）冰塊受到的浮力。

（2）物體的密度。

（3）當(dāng)冰塊全部熔化后，容器底部受到水的壓強(qiáng)變化量是多少？

圖2

該題的第（3）問(wèn)中要求壓強(qiáng)的變化，其實(shí)是需要判斷熔化后水面的變化情況。可通過(guò)阿基米德原理來(lái)判定：熔化前，冰塊和內(nèi)部的物體一起漂浮，它們受到的浮力為_(kāi)_____；熔化后，冰塊變?yōu)樗飰K沉底（在第（2）問(wèn)中計(jì)算出物體的密度是），受到的總浮力為_(kāi)_____。由阿基米德原理可知：液面高度的變化取決于浮力的變化。其中，所以，排開(kāi)水體積變化量，水面下降的高度及容器底部受到的壓強(qiáng)的變化量均可以求得。

我們來(lái)試著用剛剛得到的結(jié)論來(lái)判斷：在第（2）問(wèn)中計(jì)算出物體的密度是，則熔化后的水和物塊的平均密度大于容器中水的密度，得到熔化后水和物塊的總體積小于之前排開(kāi)水的體積，所以水面會(huì)下降。可以看出在這里運(yùn)用剛剛得到的結(jié)論是可以解決這個(gè)問(wèn)題的。這個(gè)問(wèn)題中的物塊在冰塊熔化后是沉底狀態(tài)，如果換一個(gè)不同密度的物塊還會(huì)是這種情況嗎？我們一起來(lái)看下面的模型。

拓展：冰塊內(nèi)含有一質(zhì)量為50g，密度為0.5g/cm3的泡沫，冰塊熔后水面高度如何變化？

如果按照上面的結(jié)論來(lái)進(jìn)行判斷：熔化后水和泡沫的平均密度小于容器中水的平均密度，則總體積大于之前排開(kāi)水的體積，所以水面會(huì)上升。

我們?cè)賮?lái)運(yùn)用阿基米德原理進(jìn)行分析：液面高度的變化還是取決于熔化前后排開(kāi)液體體積的變化，而排開(kāi)液體的體積取決于該過(guò)程中浮力的變化。熔化前后冰與水的重力相同，本模型中熔化前后泡沫都是漂浮狀態(tài)，所以熔化前后受到的總的浮力沒(méi)有變化，排開(kāi)液體的體積也沒(méi)有變化，則水面的高度不會(huì)變化。

很明顯在上面的四個(gè)例子中，前三個(gè)例子運(yùn)用總結(jié)的所謂“結(jié)論”是能得到答案的，但在第四個(gè)例子的解釋中出現(xiàn)了錯(cuò)誤。這其中問(wèn)題的出現(xiàn)很大程度上是出于教學(xué)的功利性，教師希望學(xué)生在考試中能更好更快地拿分，就編織了這樣一個(gè)“框”讓學(xué)生在解題中去用。殊不知這個(gè)“框”的總結(jié)只是基于少量題目和特殊情境下得出來(lái)的，不具有一般性。就算教師能總結(jié)出更多、更詳細(xì)的“框”讓學(xué)生記住了并運(yùn)用且得出題目的正確答案，那又有何用？其實(shí)物理教學(xué)講究“大道至簡(jiǎn)”，浮力在教學(xué)中的核心其實(shí)是帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，從而理解、領(lǐng)會(huì)和掌握阿基米德原理，這樣才能使得學(xué)生在運(yùn)用中得心應(yīng)手，從而從本質(zhì)上培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。希望在物理教學(xué)中多一些原理的探究和理解，少一些“框”的總結(jié)。

[1]張曉梅，楊凈，馮松.2015年中考物理試題分析與2016年復(fù)習(xí)建議[J].教育實(shí)踐與研究，2016（3）.

[2]杜祥.冰融化時(shí)液面變化的規(guī)律[J].科技信息（學(xué)術(shù)研究），2008（7）.

范建華（1982-），男，江蘇如皋人，中學(xué)一級(jí)教師。研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué)研究。

張華偉）