驗證阿基米德原理實驗的設計①

付紅波

(阜陽幼兒師范高等?？茖W校，安徽 阜陽 236000)

1 設計背景

通過研讀現行多個版本的八年級物理教材，發現探究物體所受浮力與排開的液體所受重力關系的實驗方案大致相同，如圖1所示，測量并計算出物體所受浮力與排開水所受的重力，比較兩者大小，從而驗證阿基米德原理。由于用彈簧測力計測量的過程中存在誤差，所以采用多次測量的方法，這樣不可避免地增加了實驗的工作量，過程也較為復雜。[1]與其他版本教材相比較，人教版采用圓筒測力計來提高實驗成功率，需要多次讀出數值，在數據處理的基礎上驗證阿基米德原理，現象不直觀，特別是作為演示實驗，學生很難快速得出正確的結論。[2]

圖1

2 創新設計方案

2.1 實驗裝置

實驗設計如圖2所示，被測物體③與盛水器②連在 一起，掛在彈簧測力計①下，將彈簧測力計掛在鐵架臺上，并用熱熔膠固定，溢水器④用熱熔膠固定在鐵架臺上，下面放有接水器⑤。溢水器④由礦泉水瓶和粗吸管組成，吸管一端穿過瓶蓋，用熱熔膠密封，另一端用熱熔膠與瓶壁固定，并保持一定距離，吸管的進水口用電烙鐵加熱擴大，將出水口剪成斜口，方便溢出的水快速流出。

圖2

2.2 實驗操作

(1) 按圖2組裝構件，用注射器在盛水器中注入適量的水，使得彈簧測力計指針指向一個整數值，記下數值；

(2) 在溢水器中倒滿水，直到有水溢出，并把接水器中的水倒掉；

(3) 把被測物浸入溢水器的水中，溢水器中的水流入接水器中，觀察彈簧測力計的讀數；

(4) 用注射器把接水器中的排出水吸入到盛水器中，讀出此時彈簧測力計的數，與沒有浸入水前彈簧測力計的讀數相比較，說明被測物所受浮力大小等于排出水所受的重力；

(5) 分別更換被測物和液體，重復實驗。

3 實驗設計的創新點

3.1 操作簡單，易于觀察

與常規的實驗方案相比較，該設計是通過觀察把溢出的水倒入盛水器后，彈簧測力計的示數和被測物體沒有浸入水中的示數的是否相同，從而探究浮力大小和排開水所受的重力的關系，實驗操作更簡單，現象更加形象、直觀，得出正確結論的過程更為順暢。

3.2 結構巧妙，成功率高

與現有實驗溢水器的出水口不同，本實驗設計采用吸管穿過瓶蓋，從吸管一端下方出水，吸管的另一端用熱熔膠固定在容器內壁，又和內壁保持一定距離，使得進水口處在液面中間，減少了液體表面張力的影響，同時使用注射器轉移被測物體排出的水，實驗較為精準，成功率較高。

3.3 成本低廉，便于探究

實驗裝置所需材料都是廢舊物品，鐵架臺和彈簧測力計是實驗室常見裝備，裝置成本相當低廉，便于學生課后獨立開展實驗探究。

4 結語

在“雙減”背景下，為提高學生學習效率，需要設計巧妙的作業與實驗操作方案，促進學生的深度學習。物理學是以實驗為基礎的自然學科，學生通過觀察和實驗，在習得物理概念、規律的同時，能提升其科學探究能力，培養科學思維、科學態度與責任。以創新性實驗為載體的物理教學，是培養學生的物理學科核心素養的有效途徑。[3]從整體來看，目前中學師生對自制教具的參與度并不高，對學校標準配置形成了依賴，這就限制了師生智慧的發揮。[4]該實驗方案利用實驗室常規器材和廢舊物品，進行創新實驗設計，既提高了課堂效率，也培養了學生的創新和探究能力。