對初中物理教材中阿基米德原理和物體浮沉條件的商榷

任少鐸

(廈門市海滄區東孚中學 福建 廈門 361000)

“阿基米德原理”和“物體的沉浮條件”是初中階段的重要內容，也是學生學習的難點．目前各版本教材關于此部分的講解，均存在著一定的不足和缺陷，如此不僅會傳遞錯誤的知識誤導廣大師生，而且不利于培養學生良好的科學思維等物理學科核心素養．本文以人教版教材[1]為例(“阿基米德原理”和“物體的沉浮條件”分別是八年級下冊第十章第二節和第三節的內容)，深入分析了教材中的不足和缺陷之處并給出適當的修改建議，供廣大師生參考，以期為新教材的編寫提供一些建議．

1 對教材中阿基米德原理表述的商榷

1.1 教材中阿基米德原理的缺陷分析

在“阿基米德原理”一節，課本首先根據演示實驗提出問題，然后通過學生實驗得出結論，并給出阿基米德原理的表述“浸在液體中的物體，受到向上的浮力，浮力大小等于它排開液體的重力”．同時教材還給了一個信息窗提示“阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體”．

教材對于阿基米德原理的表述非常片面．阿基米德原理有其適用條件，即：(1)在靜止流體中；(2)物體的下表面與流體完全接觸．如果不滿足這兩個前提條件，那么阿基米德原理就不成立．

1.2 教材缺陷對學生影響

教材的缺陷，給學生學習浮力帶來了很大的困難．對于圖1所示情況(物體底部與容器之間沒有液體)，若根據阿基米德原理，則物體受到浮力，浮力等于排開液體的重力．但事實卻并非如此，此時物體不僅沒有受到向上的浮力，還受到液體向下的壓力！由于學生之前學過浮力產生的原因，知道浮力來源于液體對物體上下表面的壓力差，若按照浮力產生的原因可以得出物體此刻并不受浮力．如此阿基米德原理與學生之前所學的浮力產生的原因相矛盾，導致學生知識錯亂．

圖1 物體不受浮力

如圖2所示，根據阿基米德原理，水翼船在水中的部分無論形狀如何，其浮力都不變；但實際上，水翼船在水中的部分，必須為上凸下平結構，且船在行進時比靜止時受到的浮力大得多！根據之前學過流體壓強與流速的知識，可以解釋這種現象：當液體流動時，鑒于水翼船在水中的結構其上表面流速大于下表面，上下表面的壓力差會變大，因此產生的浮力也會變大．如上所述，阿基米德原理與學生之前學的流體壓強與流速的知識相矛盾，導致學生知識錯亂、思維混亂，如此不僅不利于學生深刻理解浮力和阿基米德原理，更不利于培養學生良好的科學思維等物理學科核心素養．

圖2 水翼船

1.3 對教材的修改建議

之所以會出現這些問題，就是因為并沒有強調阿基米德原理的適用條件．因此，建議教材增加一個信息窗，強調阿基米德原理的適用條件：“(1)在靜止液體中；(2)物體下表面與液體完全接觸．”如此不僅使得教材嚴謹，同時也更好地培養了學生良好的物理學科核心素養．

2 對教材中物體浮沉條件的商榷

2.1 教材中物體浮沉條件的缺陷分析

在“物體的浮沉條件及應用”一節，課本對于浮沉條件的表述如下：“浮力大于重力時，物體上浮；浮力等于重力時，物體受力平衡，可以懸浮在液體內；浮力小于重力時，物體下沉．”

教材的表述缺陷明顯．事實上，任何物體都具有慣性，物體的沉浮，不僅受到浮力和自身重力的影響，還會受到原來運動狀態的影響！即使物體受到的浮力大于其重力，但若物體有向下的速度，其仍不會立刻上浮，而是向下減速到靜止然后再上浮．

2.2 教材的缺陷分析及其對學生的影響

教材的缺陷，給學生理解并分析浮力帶來了很大的困難．跳水是我國的優勢項目，在各種國際比賽中獲獎無數．學生在觀看跳水比賽時，發現運動員從跳臺跳入水中后，在剛浸沒入水中時，浮力大于重力，按照教材中的知識，運動員應當上浮，但運動員仍然會向下運動一段距離……，教材中物體的浮沉條件此刻不成立．

有涉及到浮力的試題，也經常會有物體的浮沉條件解釋不了的情況，如下題所示．

【題目】(2016年中考岱岳區模擬)潛水艇在水中勻速上浮，不計水的阻力，在未露出水面之前，下列說法正確的是( )

A．潛水艇的浮力變大，其重力小于浮力

B．潛水艇的浮力不變，其重力小于浮力

C．潛水艇的浮力不變，其重力等于浮力

D．潛水艇的浮力和重力同時變小，但浮力和其重力始終相等

按照教材中物體的浮沉條件，潛水艇上浮，則可以得出浮力大于重力，但根據平衡力的知識，則可以得出潛水艇的浮力等于其重力，如此相互矛盾，導致學生知識和思維錯亂．

由于教材的缺陷，加之很多教師對于物體的浮沉條件講解得并不深透，導致學生在運用浮力解決相關問題時經常會遇到困難，這不僅不利于學生對知識的深度學習，更不利于培養學生良好的科學思維等物理學科核心素養．

2.3 對教材的修改建議

之所以會出現這種矛盾，是因為課本在講解沉浮條件時并沒有強調物體的初始狀態．建議教材加上一個初始狀態：“當物體靜止時”，即“靜止在水中的物體，當浮力大于重力時，物體將上浮……”，這樣就非常嚴謹了．

3 總結與思考

教材是學生獲取知識、教師傳授知識的重要參考，教材可以簡化相關知識，但絕不可過度簡化以致傳遞錯誤的知識[2]．物理學是一門嚴謹的自然科學，通過其嚴密的知識體系和嚴謹的科學探究過程，學生的物理學科核心素養可以得到巨大提升．但若因為過度簡化而導致不嚴謹甚至錯誤，那就適得其反了．

教材不應當是教師教學的枷鎖，作為一線教師，在新授課時應當對教材上的知識進行適當補充，只有這樣才能培養學生嚴謹的理性思維和敢于質疑的科學精神，學生的物理學科核心素養才會得到真正提升．