關于“物體浮沉條件”教學的活動設計

摘要：本文針對“物體浮沉條件”這一主題的教學，從課題的引入、學生前概念的暴露、從力的角度和密度的角度分析物體的浮沉條件，設計了學生的觀察、實驗、作圖、討論等活動，使“學為中心”的理念真正落到實處.

關鍵詞：浮沉條件;力;密度;活動設計

作者簡介：鄭青岳（1956-），男，浙江玉環人，本科，中學高級教師，研究方向：科學教育.

1教材分析

本課教材的主要內容是物體在液體中上浮、下沉、懸浮、漂浮的條件，是初中物理的重點知識.本課教材以阿基米德原理、力和運動的關系、密度等知識為基礎，它既是先前學習的相關知識的綜合應用，也是后繼學習“物體浮沉條件的應用”必要的知識準備.由于涉及的知識較多，有一定的難度.在實際問題中，常常會涉及如物體由多種物質組成，或物體空心等情況，對這些問題，如果能夠引出平均密度概念，就能方便地利用物體和液體的密度關系判斷浮沉，但教材中并沒有給出平均密度，教學中需適當補充.

2學情分析

學生對物體在液體中的浮沉現象比較熟悉，但他們對物體浮沉條件的判斷存在一些錯誤的前概念，例如，有的學生會認為重的物體下沉，輕的物體上浮;密度大的物體下沉，密度小的物體上浮，這些前概念會對本課的學習造成障礙.學生先前學習過的力和運動的知識雖然可以為分析物體浮沉條件提供重要的知識依據，但他們往往缺乏自覺地應用習得的知識進行有條理的思維.所以，應當精心設計學生參與的觀察、實驗、作圖、討論等活動，讓學生自主地完成知識的建構.

3活動設計

3.1創設情境，引入課題

活動一教師利用如圖1裝置演示浮沉子實驗，學生觀察到，當教師改變手指按壓瓶壁的力的大小發生變化時，浮沉子將出現上浮、下沉、懸浮、漂浮等現象.

師：浮沉子為什么會上浮？為什么會下沉？物體在液體中的浮沉條件是什么？

【設計意圖】利用演示實驗創設情境，引入新課.

3.2暴露學生的前概念

師：浮沉子問題比較復雜，我們從簡單的現象入手.

活動二教師將木塊、重的鐵塊（比木塊重）分別浸沒在水里，放手后，木塊上浮，鐵塊下沉.

師：木塊為什么在水中會上浮，而鐵塊為什么會在水中下沉？

生：因為鐵塊比木塊重.

活動三教師將一枚回形針放入水里，回形針下沉.

師：回形針比木塊輕，為什么它會下沉呢？

生：鐵的密度比木塊的密度大.

師：剛才大家先是根據物體的輕重，后是根據物質的密度，來判斷物體在液體中的浮沉.雖然判斷中存在著一些漏洞，但卻給出了分析浮沉條件的兩個的角度，一是從力的角度分析;二是從密度的角度分析.

【設計思想】暴露學生的前概念，為后續探究物體的浮沉條件確定方向.

3.3從力的角度探究浮沉條件

活動四將夾子夾住一個雞蛋浸沒在鹽水中，夾子放開后，雞蛋懸浮在鹽水中靜止不動（如圖2所示）.

師：物體所處的運動狀態是由什么決定的.

生：由它受到的力決定的.

師：是由它受到的某個力決定，還是由它受到的所有力決定的？

生：是由它受到的所有力決定的.

活動五要求學生作出雞蛋在鹽水中受到的各個力，寫出雞蛋懸浮時，不同的力之間存在的關系.

學生作出圖3，得出懸浮條件：F浮=G

【設計意圖】運用力和運動關系的舊知，推出懸浮條件的新知.

活動六要使雞蛋上浮，怎么辦？并說出理由.

引導學生認識：在圖2中，要使雞蛋上浮，應使F浮>G，而G不可變，所以只能增大F浮;而據阿基米德原理可知，F浮=ρ液gV排，因為V排不可變，要使F浮增大，只能增大ρ液，即加鹽.

【設計意圖】利用已有知識進行分析和推理，培養學生的分析和推理能力.

活動七教師將雞蛋從杯中取出，將一小包鹽放入杯中，攪拌后再將雞蛋放入，可見雞蛋向上浮起.要求學生概括出物體上浮條件.

學生得出物體上浮條件：F浮>G.

【設計意圖】驗證推理結果，強化證據意識.

師：要使原來懸浮的雞蛋下沉，怎么辦？

引導學生分析：在圖中，要使雞蛋下沉，應使F浮<G，而G不可變，所以只能減小F浮;而據阿基米德原理可知，F浮=ρ液gV排，因為V排不可變，要使F浮減小，只能減小ρ液，即加水.

活動八教師將雞蛋從杯中取出，將杯中的水倒掉一些，再把清水倒入，并作攪拌后再將雞蛋放入，可見雞蛋向下沉.要求學生概括出物體下沉的條件.

學生得出物體下沉條件：F浮<G.

【設計意圖】驗證推理結果，強化證據意識.

3.4從密度的角度探究浮沉條件

活動九將2塊冰塊分別放入兩杯透明的液體中，發現一塊上浮（如圖4a所示），一塊下沉（如圖4b所示）.讓學生聞一下兩杯液體，發現冰塊沉入的一杯裝的是酒精.

師：冰塊放入水中會上浮，放入酒精中會下沉，這說明什么？

【設計意圖】讓學生認識密度大小的相對性，從而認識到要比較浸入液體的物體的密度與液體密度的大小

活動十根據用力的關系表達的浮沉條件，推導出用密度的關系的浮沉條件.

學生推導出：當ρ物<ρ液時，物體上浮;當ρ物>ρ液時，物體下沉;當ρ物=ρ液時，物體能懸浮在液體的任何深處.

【設計意圖】培養學生的數學推導能力，發展演繹思維.

活動十一學生討論：

（1）上浮的物體最后處于什么狀態？

（2）漂浮和懸浮時，物體都是處于靜止狀態，兩者有什么不同？

學生通過比較，認識漂浮和懸浮異同點：都是處于平衡狀態;但懸浮時，V排=V物，漂浮時，V排<V物，ρ物<ρ液.

【設計意圖】引導學生比較異同，防止將相似概念混淆不清.

活動十二學生討論：下沉的雞蛋最后處于什么狀態？此時雞蛋在豎直方向受到哪幾個力？并作出雞蛋的受力圖，寫出此時各個力之間的關系.

學生作出圖5，并得出三力的關系F浮+F′=G.

【設計意圖】區分下沉和沉底兩個概念，防止混淆不清.

3.5引出平均密度概念

活動十三教師將一個乒乓球（內裝有沙）浸入水中再放手，學生看到乒乓球下沉（如圖6所示）;取出乒乓球晃晃，可聽到里面裝有沙子;讓學生用手掂一下，可感覺到乒乓球比較沉.

【設計意圖】增強學生的感性認識，為后續學習平均密度等知識作鋪墊.

活動十四學生討論：

（1）此時能夠用物體的密度與液體的密度關系判斷浮沉狀態嗎？

（2）利用固體密度與液體密度的關系判斷浮與沉，適用條件是什么？

（3）這個乒乓球的質量為50g，外觀體積為33cm3，它相當于密度為多大的實心球？算出這個密度.

引導學生認識：算出的質量和密度的比值并不是制作乒乓球的材料的密度，也不是里面所裝的沙的密度，而是一個平均密度，即平均密度=質量外觀體積.利用平均密度與液體密度的關系，可以判斷物體的浮沉.

【設計意圖】幫助建立平均密度概念，引導學生靈活應用知識，也為后面分析輪船等問題鋪設基礎.

3.6鞏固練習

活動十五學生練習

（1）說理題：

①煮熟的湯圓為什么會浮出水面？

②用硫酸銅溶液測血液的密度的原理是什么？

（2）定量判斷：一個體積為45dm3、質量為46.35kg的密封鐵箱，不慎掉入海里.它將下沉到海底，還是懸浮在海水中，或是上浮到海面？如果這只鐵箱掉在河里，又將如何？（已知海水的密度為1.03×103kg/m3）

（3）解釋浮沉子實驗現象.解釋時著重分析，當改變手對瓶壁的壓力時，浮沉子受到的力中哪個力發生了怎樣的變化.

【設計意圖】讓學生在練習中鞏固所學知識，并深化對知識的認識，發展學生的思維，提高學生分析問題和解決問題的能力.

參考文獻：

[1]易其順.物體沉浮條件的探究活動設計[J].中學物理，2010（12）.

[2]謝榮瑜.物體沉浮的條件及應用教學探究[J].廣西教育，2017（05）.