七“請”七縱解浮力七惑

葉富軍

摘 要： 浙教版八上“水的浮力”是初中科學教學中疑難點最集中的，它既有概念又有原理，有教師也因疑難點太多而講不透徹，因而效果不佳.現在僅借用一套學生設計的裝置就能直觀、形象地解決他們在浮力學習中七處疑難點，真正起到七“請”七縱解浮力七惑之功效.

關鍵詞： 浮力;概念原理;解惑

盡管“水的浮力”在小學科學里學過，但因認知水平的原因，他們還是一知半解.所以，如何講清、講透疑難點是這節課的核心.剖析教材，筆者發現疑難點所在處.一是對下沉的物體也受浮力難理解？二是浮力大小可以用“稱重法”測出，為何還要學習阿基米德原理？三是影響浮力大小的因素有哪些？四是物體浸入越深，彈簧秤的示數越小，為什么說浮力大小與物體浸入的深度無關？五是物體排開的是液體體積，為什么想到測的是排開液體受到的重力？六是排開液體的體積與物體的體積有何關系？七是重1N的水能否產生比1N還大的浮力？這些問題一直困擾著學生的學習.因此，這節課通過“七請”裝置圖來理清這些問題，這一情景好比諸葛亮七擒七縱孟獲，不過現在是“請”非“擒”，而“縱”可理解為消化.并且“請出”的是同一套由學生自己設計的裝置，這對學生理解和領悟疑難點起到事半功倍的效果.

1 一“請”一縱解下沉物體有浮力之惑

眾所周知，漂浮在水中的物體是因為受浮力作用.那下沉的石塊呢？若有浮力，它為何還會下沉呢？請設計方案來證明.

方案一：“請出”學生設計的裝置圖，圖1（b）與圖1（a）讀數不同，說明了物體除受到重力和拉力外還有一個力，因為讀數減小，所以另一個力的方向是向上的.

方案二：借助于受力分析，它受重力、拉力和向上托的力，這個向上托的力就是浮力.

在水中下沉的物體有浮力，而在其他液體中呢？把圖1（b）杯中的水換成酒精，讀數也是比空氣中小.可見，物體下沉在酒精中也受浮力作用.因此，在液體中，不僅浮著的物體受到浮力作用，下沉的物體也受到浮力作用.這樣通過實驗方案的設計、分析、評價，講透了這一疑點，起到水到渠成的作用.

2 二“請”二縱PK“稱重法”與“公式法”之優

根據上述情況，下沉的物體所受到浮力大小就是彈簧秤減小的讀數，也就可以計算出浮力的大小，F_浮=G-F₁（F₁表示物體在水中的讀數）.而漂浮著的物體呢，當然可以用二力平衡來解決，只要測量其重力，即可得出浮力大小.這時，又一個疑點產生了——為什么還要學習阿基米德原理呢？

大家知道，原理、定律等往往是普遍適用的，而上述“稱重法”是否可以解決所有物體受到的浮力大小呢？此時，讓我們“再請”圖1（b）中的燒杯，將手指插入水中，你能測出受到浮力大小嗎？顯然，“稱重法”無法測出手指浸入水中時受到浮力的大小.當然，也無法測量人在水中露出頭部時所受到的浮力大小.而“公式法”能算出大小，其優勢很明顯.

為了得出計算浮力大小的公式，接下來要探究浮力跟哪些因素有關？這樣層層遞進，激發了學生學習的積極性，大有非搞清不可的趨勢和動力.正如布羅姆所說的，“學習的動力，在于對學習材料的興趣.”其實，學習科學最重要的是揭示本質和規律.

3 三“請”三縱猜想浮力影響的因素

浮力大小會跟哪些因素有關呢？讓我們“三請”裝置圖1（b），將物體慢慢浸入水中，仔細觀察，你發現了什么？

首先，觀察上面彈簧秤讀數的變化情況.顯然，讀數的變化就是浮力大小.再觀察下面燒杯中，變化的物理量有：杯中水的體積，物體浸入的體積，物體浸入的深度.當然，影響浮力大小的因素也有可能是物體的密度.然后，把杯中的水換成酒精，發現在浸入相同體積時，彈簧秤讀數發生了變化，可見，浮力大小與液體的密度有關.緊接著，將燒杯中水倒掉一部分，再重做上述實驗，觀察發現，浮力大小與杯中水的多少無關.然后再將物體換成同體積的其它物體驗證（與物體的密度無關）.通過驗證猜想因素，得出影響因素有物體浸入的體積、物體浸入的深度、液體的密度.這些因素真的都會影響浮力大小嗎？這還有待于檢驗.

因為觀察對象明確，方案可行，恰當點撥、引導，學生的思維得以升華，體現了新課程自主、合作和探究的理念.

4 四“請”四縱排除影響浮力的因素

上面排除了液體的質量和物體的密度兩因素，還剩下了深度.讓我們“四請”裝置圖1（b）的實驗，用手托住杯子，緩慢地向上抬起，仔細觀察彈簧秤示數的變化情況，發現彈簧秤讀數是不斷減小.同時觀察燒杯中物體浸入水中的情況，浸入的深度不斷增大.于是得出：物體浸入水中的深度越深，浮力越大.但當我們繼續把杯子向上抬起，直到物體完全浸沒在水中時，即使繼續增加深度，彈簧稱的讀數也不再發生變化.于是又得出物體受到的浮力與物體浸入的深度無關的結論.疑點再次產生——到底物體受到的浮力跟物體浸入的深度有無關系呢？學生認為，物體浸沒前浮力與深度有關，物體浸沒后浮力與深度無關.這一結論可能因沒有抓住本質問題而導致的錯誤.

請看圖2，當物體（空心的）浸入水中過缺口位置時，深度斷續增大，此時的浮力反而先減小后增大，最后保持不變.那么，除了液體密度外，影響浮力大小本質的因素是哪個呢？物理學家阿基米德為我們解決了這個核心問題——物體排開液體的體積.從而找到了求浮力更普遍的規律，這為阿基米德原理的得出掃清了障礙.

5 五“請”五縱解開稱量V排重力之謎

當排除了干擾因素，得出浮力大小跟物體排開液體的體積和液體的密度有關時，那么，它們到底有什么定量關系呢？疑點再次暴露——為何在實驗時要稱出排開水的重力呢？“五請”裝置圖1（b）（將燒杯換成溢水杯），當再次把彈簧秤下掛著的物體慢慢浸入水中時，上面彈簧秤變化的讀數就是浮力，而下面變化的是物體排開水的體積;上面變化的是力，而下面變化的是體積;且上面和下面均只有一個量在發生變化.根據分析推理，自然會想到它們變化的力有什么關系？所以要測杯中排開水的重力，發現兩者相等.即：浮力的大小等于物體排開水的重力.

這樣分析、引導使學生在解決疑點問題的過程中產生頓悟，大有忽然開朗之感，使疑點徹底消除，不留后患.

6 六“請”六縱明辨V_排與V_物之別

阿基米德原理得出后，好象所有的疑點都解決了似的.其實，學生在運用過程中還是分不清V_排與V_物的區別.讓我們“六請”裝置圖1（b）來解答一下這個疑點.仔細觀察圖1（b），把物體慢慢浸入，發現V_排小于V_物.當把物體恰好浸沒在水中時V_排=V_物，當把物體浸沒后再往下時V_排=V_物.若把物體換成圖2空心的，當物體浸入到缺口之前時，V_排就可能大于V_物.這正如物理學家朱光正先生所說的，“千言萬語說不清，一看實驗就分明.”

7 七“請”七縱驗浮力比水總重還大

在新課教學時，只用一套裝置，經反復使用取得了“一圖解六惑”的效果.且這方案是來自學生的設計，他們興趣更濃.正如皮亞杰認知發展理論所說，學生學習是一個圖式、同化、順應、平衡的過程，而同一圖式比較穩定牢固，為有效和高效學習提供了必要的條件.也為浮力復習時產生新的疑點（1牛的力能否產生比1牛大的浮力？）解決提供了很好的幫助，我們只需“七請”裝置圖1（b），取一比杯內徑稍小一些的圓柱形物體，懸掛在彈簧秤下面，緩慢浸入盛少量水的杯中，觀察到水也竟然被排出來.所以，1牛頓水能產生比1牛大的浮力.

圖書，圖在先，圖最大的亮點是當知識淡出腦海時，它卻能喚起你的記憶，將知識緊密地聯系在一起.“七請”裝置圖不僅只是解決了7個疑點，并且通過“七縱”讓學生對疑點得到充分的消化.七“請”七縱是一種教學智慧，它還達到了“深度學習[1]”帶來的功效.這樣的方法能打開學生的心扉，開啟學生想學的欲望，也能培養學生的思維，進而培養學生的科學核心素養.

參考文獻：

[1]白孝忠.促進初中物理深度學習的策略探索[J].中學物理教學參考，2016（9）：9-11.