“阿基米德原理”實驗改進與創(chuàng)新

摘 要：創(chuàng)新實驗符合新課標對學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求.核心素養(yǎng)要求學生具有一定的探究能力、創(chuàng)新能力等，教師用生活中易得的材料來組建教具創(chuàng)設物理學習情境，學生能夠從”知”的環(huán)境中去發(fā)現(xiàn)”未知”，使學生原有的認知結(jié)構(gòu)與當前面臨的現(xiàn)實產(chǎn)生沖突，從而使學生具有探究新知識的強烈愿望.

關(guān)鍵詞：定性探究;定量探究;拓展實驗;核心素養(yǎng)

文章編號：1008-4134（2019）16-0019 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

作者簡介：李洪武（1973-），男，黑龍江肇州人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理教育研究及教學管理.

1 制作背景

“阿基米德原理”是人教版初中物理八年級下冊第十章第2節(jié)內(nèi)容，傳統(tǒng)的阿基米德原理實驗步驟繁瑣過程復雜，測量數(shù)據(jù)多，很多同學被過多的數(shù)據(jù)搞混，不能直接測出G排的數(shù)值，不能通過實驗直接得到F浮=G排，因此更不能直接通過實驗深刻理解阿基米德原理.

2 制作材料

一塊長30cm×寬12cm×厚1cm的木板、一塊長4.5cm×寬1cm×高60cm的木板、1根長約6cm的彈簧、一枚有顏色的曲別針、1個飲料瓶制成的溢水杯、2個礦泉水瓶制成的質(zhì)量大小相等的小桶、2根細而結(jié)實的細繩、1架天平、1個燒杯、1根黑色皮筋、一個卡子、剪刀、刀片、膠槍、鐵絲、量程5牛彈簧測力計、鉤碼、石塊.如圖1所示.

3 制作方法

用長30cm、寬12cm、厚1cm和長4.5cm、寬1cm，高60cm的兩個木板做成如圖1所示的支架，把有顏色的曲別針一端弄直，制成長指針，粘在彈簧上，如圖2甲所示;將飲料瓶的上部分剪截整齊，側(cè)面打一個小洞，接上細的PVC管，用膠槍密封好，防止漏水，做成溢水杯，如圖2乙所示;將兩個大小一樣的飲料瓶剪截好，保留下部分，制成兩個質(zhì)量大小相等的小桶（用天平來測量），在兩個水桶下部粘貼塑料掛鉤，便于勾住物體，如圖3所示;把量程5牛的彈簧測力計的刻度盤取出（用刀片把測力計的塑料外殼后面的部分削掉），然后倒插入塑料殼內(nèi)，掛鉤換成拉環(huán)，成為改裝后的彈簧測力計，如圖4所示，選取結(jié)實的細繩，用來懸掛.

4 使用方法

4.1 定性探究

安裝好支架，在彈簧的下端掛一個小桶，小桶下面吊一個石塊，記下彈簧伸長后下端到達的位置，用黑色皮筋標注好.如圖5所示.

在溢水杯中盛滿水，當石塊浸沒在水中后，用另一個小桶接住溢出來的水，此時，彈簧的指針位置發(fā)生第一次變化：彈簧指針會上升到某一位置（此時不必記錄指針的位置），說明：石塊受到了水對它豎直向上的浮力作用，可以理解為彈簧的變化量就是受到的浮力.如圖6所示.

提示：（1）操作過程中，溢水杯中加水時，不要弄濕支架的平木板，可以用衛(wèi)生紙（吸水性能好）擦凈，避免下面的小桶粘有水滴，影響實驗效果;（2）石塊浸沒在水中，且不要接觸容器壁和容器底.

將兩個小桶互換，觀察指針位置的變化，發(fā)現(xiàn)指針位置發(fā)生了第二次變化：指針再一次回到了初始位置（黑色皮筋的位置）.說明：溢出水的重力剛好等于彈簧的變化量（浮力）.如圖7所示.

提示：此過程，輕拿輕放，兩個人操作，防止水從小桶中溢出.

4.2 定量探究

安裝好支架，在改裝后的彈簧測力計的下端吊一個鉤碼，然后拉環(huán)上掛一個空小桶，此時，調(diào)節(jié)彈簧測力計的刻度盤（上下抽動刻度盤），使指針指在0刻度線位置，如圖8所示，刻度盤放大，如圖9所示.

提示：彈簧測力計的上端用細線掛在支架上，使細線有適當?shù)拈L度，防止向上調(diào)整刻度盤時，刻度盤接觸上面的鐵架.

在溢水杯中盛滿水，當鉤碼浸沒在水中后，用另一個小桶接住溢出來的水，此時，彈簧測力計的指針位置發(fā)生第一次變化：彈簧指針會上升到某一位置（此時記錄指針的位置為0.4牛），說明：鉤碼受到了水對它豎直向上的浮力作用，即為0.4牛.如圖10所示，刻度盤放大如圖11所示.

提示：（1）操作過程中，溢水杯中加水時，不要弄濕支架的平木板，可以用衛(wèi)生紙（吸水性能好）擦凈，避免下面的小桶粘有水滴，影響實驗效果;（2）鉤碼浸沒在水中，且不要接觸容器壁和容器底.

將兩個小桶互換，觀察指針位置的變化，發(fā)現(xiàn)指針位置發(fā)生了第二次變化：指針再一次回到了0刻度線位置.說明：溢出水的重力剛好等于浮力大小均為0.4N，如圖12所示，刻度盤放大如圖13所示.

提示：此過程，輕拿輕放，兩個人操作，防止水從小桶中溢出.

5 原理

用細繩拉著一個物體，浸在液體中，通過受力分析，可知，物體受到重力、拉力和浮力作用，其所受的浮力就是彈簧測力計的變化值（G物-F拉）.

6 優(yōu)點

此項目通過更換實驗中的兩個小桶，觀察指針兩次變化后回到初始位置，簡明扼要地定性總結(jié)出：彈簧測力計的變化量等于溢出水的重力（F浮=G排）;通過修改彈簧測力計和調(diào)整0刻度線的位置，創(chuàng)造性地直接讀出了浮力的數(shù)值，并且通過更換小桶，簡明扼要地定量分析出：浮力的大小等于排開水的重力;材料來源于生活中的廢舊物品，成本低，可以批量制作，開展學生實驗;操作過程中，放置小桶既可以按照定性實驗操作也可以按照定量實驗操作，可以靈活放置小桶;本項目從定性和定量兩個方面求證了阿基米德原理，使實驗結(jié)論更令人信服;制作簡易，操作簡單，實驗效果非常明顯，結(jié)論準確.

7 拓展實驗

此創(chuàng)新實驗在定量探究實驗的基礎上稍稍改進，就可以探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān).

7.1 探究浮力大小跟物體浸在液體中的體積的關(guān)系

在定量探究實驗中，把溢水杯更換成燒杯或塑料桶，在彈簧測力計的上方安裝一個定滑輪，來調(diào)整鉤碼浸在液體中的體積，觀察到：重物浸在水中的體積越來越大，彈簧測力計示數(shù)（浮力）不斷增大，反之，減少.該實驗既可以定性研究，也可以定量研究.如圖14所示.

7.2 探究浮力大小跟液體密度的關(guān)系

在上述實驗中，更換兩次液體（水和鹽水），固定好鉤碼的位置，觀察鉤碼浸沒在兩種液體中（排開液體的體積一樣）時的彈簧測量計的示數(shù)（浮力的大小），就可以探究浮力大小跟液體密度的關(guān)系.

結(jié)束語：隨著普及九年義務教育的實現(xiàn)和新課程改革的逐步推進，學校辦學條件得到了很大提高，教學儀器設備無論在配備的數(shù)量上還是質(zhì)量上，都有了較大的改善，實驗教學的條件得到了一定的保證.但上級行政部門在采購招標過程中，很少讓一線老師參與，具體的教學中，老師到底需要什么樣的實驗器材更能有效發(fā)揮其作用，促進有效教學，往往是上級主管部門忽視的，就會出現(xiàn)部分配置的實驗器材不實用，操作繁瑣，而利用日常用品改進實驗或開放實驗可以有效彌補這些方面的不足.自制教具，創(chuàng)新實驗在實驗教學條件困難時值得提倡，在推行新課改的今天更不能被淡忘，這不僅有助于教師鉆研教材，師生互助、共同參與，還可以培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、分析能力、動手操作能力和創(chuàng)新實踐能力，這些能力的培養(yǎng)都符合現(xiàn)階段對學生核心素養(yǎng)的要求.

參考文獻：

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[3]沈典俊.物理實驗中落實物理核心素養(yǎng)的策略研究[J].中學物理，2018，36（06）：5-6.

（收稿日期：2019-04-10）