物体浮沉条件实验的创新设计

陶本友

(芜湖市第四十九中学,安徽芜湖 241204)

物理学是一门以实验为基础的科学,物理学实验是人们认识世界的重要活动,是物理研究和发展的根基,实验教学是教学工作者必须认真研究的课题.教师在教学实践中应该为学生创设实验情境,引导学生观察与思考,培养学生发现问题的能力,尽可能激发学生解决问题的强烈欲望.“浮力”是八年级物理的教学难点,特别是学生学习阿基米德原理后,从物体受力分析的角度认识浮沉条件感到困难.这其中一个重要原因是物体浮沉条件的实验设计存在问题,按照现行教材安排的实验教学,学生不能清晰完整地经历物体的浮沉全过程,因而对物体“漂浮、悬浮、上浮、下沉”现象体验不深刻,进而影响到对物体浮沉条件的理解.为此我们可以源于教材、高于教材创设实验,探索更好的实验方案,提升学生的心智和能力.笔者在教学实践中对物体浮沉条件的实验进行了创新设计,取得良好的实验效果.

1 当前教材实验的不足

教材中物体浮沉条件的实验是这样的:先把拧紧盖子的小空瓶浸没于水中,然后松手,观察小瓶运动情况并对小瓶受力分析;再把装满水并拧紧盖子的小瓶子浸没于水中,然后松手,观察小瓶运动情况并对小瓶受力分析;最后把装适量水并拧紧盖子的小瓶子浸没于水中,然后松手,观察小瓶运动情况并对小瓶受力分析.在此基础上,总结出物体的浮沉条件.这样安排实验,对探究物体漂浮、上浮、下沉现象是合适的,但探究悬浮现象时表现不佳.而且实验室配置的物体浮沉条件演示器也存在这样的问题,因为悬浮状态是不稳定的,受诸多因素影响,水温,室温变化,水及浮体膨胀系数差异等会破坏刚刚建立起的悬浮状态.这正是该实验的难点所在,而这一点把握不好,学生就不能真切地观察到悬浮现象,难以真正理解悬浮概念,并且对物体受力分析也带来不利影响.此外,该实验探究过程较复杂,操作不便,想得到短暂的悬浮状态都要不断地调整,浪费较多时间,有时还不一定成功,教学效率低下、教学效果也不理想.

2 创新设计物体浮沉条件实验

2.1 准备器材

饮料瓶1只、小螺丝刀1支、小泡沫塑料1块、水适量.

2.2 调试器材

拿出1小块长方体泡沫塑料,将小螺丝刀从中穿过,并且让螺丝刀口穿出泡沫塑料几毫米的长度即可(不宜过长).可以把穿出部分的螺丝刀口涂上颜色,这样实验现象更清晰.螺丝刀起配重作用,能让泡沫塑料块在水中呈竖直状态.不断调整泡沫塑料块的体积大小,一直到将其投入水中时,泡沫塑料块上表面刚好浸没在水中为止,此时仅有螺丝刀口露出水面,把螺丝刀和泡沫塑料当作一个物体来考虑,则物体呈漂浮状态,至此器材调试完毕.

2.3 进行实验

将饮料瓶装90%左右体积的水,把调试好的带有螺丝刀的泡沫塑料块投入水中(让螺丝刀口端朝上),则物体漂浮,然后拧紧瓶盖,确保饮料瓶不漏气.接着,用手握住瓶身,逐渐加大握力,可以看到泡沫塑料块上表面的螺丝刀口慢慢浸入水中直至全部浸没,此时物体呈悬浮状态.如果保持握力大小不变,物体就一直保持着稳定的悬浮状态,学生切实观察到悬浮现象.继续加大握力,物体下沉,最后沉到水底.如果这时松开手,物体立刻上浮,最终漂浮,小螺丝刀口又重新露出水面.

2.4 对实验的说明

这样设计实验,选材方便,都是身边的物品,学生就地取材,可以安排成课外小实验,激发探究兴趣,增强感性认识,培养动手能力,在实践中掌握知识,真正体现从生活走向物理的理念.值得一提的是,实验中的泡沫塑料有两个优点:其一是调整体积的大小非常方便,可以任意改变,能调试到最佳状态;其二是这种材料很容易被压缩,置于密封的饮料瓶内时,只要稍稍用力握瓶子,加大瓶内的压力时,其体积可以明显减小,从而可以随心所欲地改变浮力大小,简洁、快捷、清晰、稳定、可控地显示“漂浮、悬浮、上浮、下沉”现象.另外,上面提到,螺丝刀口穿出泡沫塑料几毫米的长度即可(不宜过长),这是因为如果长度太大,一方面,可能导致泡沫塑料在水中不能呈竖直状态;另一方面,在加大对瓶子的握力时,尽管泡沫塑料因受压体积减小,即减小排开水的体积,浮力减小,在物体重力不变时,物体可以下沉,但在螺丝刀口慢慢浸入水的过程中又不断增加了排开水的体积,因而要让物体继续下沉,只有进一步压缩泡沫塑料的体积才能实现,这样就需要用更大的握力,给实验操作带来不便,所以螺丝刀口露出水面的部分越少越好.

总之,新课标初中物理教材中精心编排了很多实验,蕴涵着丰富的内容,这些实验可以培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神,对学生实行科学素养教育起着重要作用.教师应深入挖掘、认真钻研教材,并充分发挥它的巨大作用,努力实现新课标中提出的提高全体学生科学素养的目标,为学生的全面发展做出自己的贡献.