創(chuàng)新浮力實驗，串聯(lián)物理思維

葛曉靈 （重慶云陽縣教育科學研究所）

創(chuàng)新思維是物理核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，以浮力創(chuàng)新實驗為載體，增進學生對浮力概念及浮力的深刻理解，幫助學生突破學習難點。在實驗課堂上，教師要善于啟發(fā)學生的好奇心，引領學生從實驗探究中發(fā)展創(chuàng)新思維。

一、引出認知沖突，啟發(fā)學生的物理思維

在認識浮力概念時，通常利用乒乓球浮在水面來分析乒乓球所受的浮力及方向。但在創(chuàng)新實驗中，從認知沖突下手。借助于熱熔膠、環(huán)形磁鐵，黏在乒乓球底部，置于透明玻璃杯，在杯底再放一環(huán)形磁鐵，使其與乒乓球底部磁鐵想吸引。向玻璃杯注水前，問學生，乒乓球會怎樣？很多學生認為“乒乓球會浮起來”。然而，水注入玻璃瓶后，乒乓球并未浮起。這一實驗設計，讓學生感到驚訝。藉于此，提出問題：為什么乒乓球在水里沒有浮起來？但如果將玻璃杯下方的環(huán)形磁鐵偷偷移走，乒乓球又浮在水面。這一認知沖突，激發(fā)了學生對浮力實驗的探究興趣。再結(jié)合浮力實驗內(nèi)容，在透明水槽中放置乒乓球，用熱熔膠將細線黏在乒乓球外側(cè)，另一端黏在水槽底部。在注水過程中，讓學生觀察并記錄實驗現(xiàn)象。顯然，乒乓球在注水時，慢慢浮起來，細線也被拉直，并與水槽底面垂直，說明受到了浮力，且方向是垂直向上的。由此，從第一個實驗的驚訝，到第二個實驗的理解，學生從觀察中認識浮力，且明白浮力的方向是豎直向上的。在實驗對比中，學生根據(jù)實驗現(xiàn)象，展開分析，引導學生的思維走向嚴謹性，促進學生創(chuàng)新意識的發(fā)展。

二、關注實驗過程體驗，探究影響浮力的因素

為了更真切、直觀、準確地探究乒乓球受到的浮力大小與哪些因素有關，我們圍繞整個實驗過程，對乒乓球浸沒前、浸沒后所受浮力與深度的關系展開探究。從原理來看，浮力大小與排開液體的體積有關，與浸沒深度無關。但如何突破這一教學難點。利用測力計、干電池、掛鉤，組合成實驗器材。讓學生觀察，在未浸沒前，干電池受水對它的浮力作用，示數(shù)變小；而在浸入后，示數(shù)不變，說明浮力與浸入深度無關。然后，組織學生展開實驗探究。準備兩節(jié)干電池，一種方案是將干電池上下粘結(jié)，用彈簧測力計連接掛鉤逐漸浸入水中，浸沒前、浸沒中、浸沒后及下沉一定深度，觀察測力計的示數(shù)值；另一種方案是將兩節(jié)干電池橫向粘結(jié)，掛鉤置于中間，用測力計連接掛鉤，逐漸浸入水中，在浸入前、浸入中、浸沒后及下沉到一定深度，觀察測力計的示數(shù)值。假設，第一種方案，干電池浸沒水中后的測力計示數(shù)為F1，第二種方案，干電池浸沒水中后的測力計示數(shù)為F2，兩種方案所得測力計示數(shù)有何關系？實驗結(jié)果顯示，F(xiàn)1=F2。說明兩種實驗，干電池的體積是相同的，在不同深度下，干電池所受的浮力是一樣的，與深度無關。物體在浸沒水中后，其所受的浮力與體積有關嗎？前面探究了兩組干電池的體積是相同的，如果再設計礦泉水瓶實驗，將一個礦泉水瓶，慢慢浸入水中，讓學生談自己的感受。學生在動手實驗中發(fā)現(xiàn)，當?shù)V泉水瓶逐漸浸入水中時，所受的浮力越來越大，這與礦泉水瓶浸入深度的增加，所排開液體的體積增大有關。干電池實驗，兩次排開水的體積都是相同的。但礦泉水瓶排開液體體積不同，所受浮力也不同。由此可見，在對浮力影響因素的探究中，得出浮力與浸沒深度無關，但與排開液體體積有關。

三、拓展學生實驗視野，促進學以致用

在前面的實驗中，結(jié)合乒乓球浸入深度的變化，探究了浮力與浸入深度無關；結(jié)合礦泉水瓶浸入體積的變化，探究了浮力與排開液體體積有關。從浮力知識點來看，浮力的大小，與液體的密度、排開液體體積有定性關系。怎樣清晰地反映液體密度的變化對浮力有影響？我們引入一件工藝品，該裝置為密封容器。容器內(nèi)注入某種液體，液體內(nèi)放置多個玻璃球。球內(nèi)注入不同顏色、種類的液體。球的下方標記對應的數(shù)值編號。將該裝置分別置于冰水混合物和溫水中，觀察裝置內(nèi)玻璃球位置。整個實驗，實質(zhì)上是一個溫度變化實驗。最初在冰水混合物中，溫度較低，所有玻璃球浮在液面上，但在溫水中，裝置內(nèi)的液體受熱膨脹，導致密度變小，玻璃球所受浮力變小，當浮力小于自身重力時，玻璃球就會下沉。通過該創(chuàng)新實驗，學生認識到浮力的大小，與液體的密度有關。

總之，物理實驗不僅是反映物理現(xiàn)象的重要途徑，更是學生探究物理問題，促進學生物理思維養(yǎng)成的有效方法。教師要善于創(chuàng)新實驗方案，引導學生從串聯(lián)實驗中自主探究、合作交流，提升物理素養(yǎng)。