從微觀到宏觀:物理建模在浮力教學(xué)中的應(yīng)用

賈文靜

(福建省廈門(mén)集美中學(xué),福建 廈門(mén) 361021)

“浮力”是滬科版《物理》8年級(jí)的一章重要內(nèi)容,也是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn). 限于學(xué)生的認(rèn)知能力,關(guān)于物體浸在液體中所受浮力大小的結(jié)論書(shū)中均通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得,利用稱(chēng)重法和排水法便得到阿基米德原理,即浸入液體中的物體所受浮力的大小等于物體排開(kāi)的液體所受重力的大小. 而阿基米德原理背后的理論依據(jù)是什么呢?浮力產(chǎn)生的微觀機(jī)制是什么呢?作為物理教師是否應(yīng)該站在更高的層次,把握物理問(wèn)題的本質(zhì)從而走出傳統(tǒng)模式,對(duì)此進(jìn)行深入學(xué)習(xí)呢?

眾所周知,浸入液體中的物體之所以受到浮力是由于液體內(nèi)部存在壓強(qiáng),根據(jù)靜液壓強(qiáng)的固有性質(zhì)即液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng),同種液體在同一深度的各處、各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小相等,隨液體深度的增加,壓強(qiáng)隨之變大.對(duì)該性質(zhì)的理解存在兩個(gè)困惑:(1) 為什么靜止液體內(nèi)部的任意一點(diǎn)向各個(gè)方向都有壓強(qiáng);(2) 為什么這些壓強(qiáng)的大小必須相等,而且只跟該點(diǎn)的深度有關(guān)?另一方面,通過(guò)上下壓力差法對(duì)豎直浸入在液體中的規(guī)則柱體(長(zhǎng)方體、圓柱體),可以推出物體所受浮力大小,[1-2]但是對(duì)于非柱體結(jié)構(gòu)的物體(球體、錐體)或者柱體傾斜浸入液體中,就很難運(yùn)用上下壓力差法求出物體所受浮力大小了. 但是,阿基米德原理卻適用于任意形狀的物體,顯然,如何從更深層次去理解靜液壓強(qiáng)的性質(zhì)以及阿基米德原理的本質(zhì)已經(jīng)……