利用自制教具突破《压强和浮力》教学难点

杨树梅

在苏科版初中物理教材中，《压强和浮力》一章内容是比较难学的，因为物理量多、关系复杂，学生容易误入歧途.笔者在教学中利用自制教具及时补充一些实验，对突破教学难点起到了较好的作用.这些实验有的激发了学生的兴趣；有的帮助学生进行想象和思考；有的介绍物理知识在生活中的应用；有的为学生解答练习中的疑难.本文介绍本章的自制教具和自创实验，期望与广大同仁相互切磋.

1在学习液体压强时，采用“对比演示法”

教学中经常遇到如下习题：当把装有半瓶矿泉水的瓶子倾斜或倒置后，水对瓶底的压强有无变化？为了帮助学生进行想象和思考，[TP1CW38.TIF，X，BP#]笔者制作了如图1所示的教具，并采用“对比演示法”.取两个相同的饮料瓶，装入等量的水（用红墨水染色）.当把其中的一个瓶子倾斜（或倒置）时，学生可以清楚地看到瓶底的深度变小（或变大）了，从而容易得出“压强变小（或变大）”的正确结论.

在“液体的压强”新授课上，笔者还做了如下实验：取一根两端开口、长30 cm、直径4 cm的玻璃管，在一端蒙上橡皮膜，倒入适量水.当把它从倾斜变为竖直时，学生看到橡皮膜明显凸出来了，最后竟然变成球形，似乎“吹弹即破”，令人不由担心.而“液体压强随深度增大而增大”的道理却被学生牢记在心.

2在学习大气压时，做“打吊针”实验

学生在作业中遇到了“打吊针”问题.为什么它是利用大气压工作的？为什么要在瓶口处插一根“导气管”？怎样防止“回血现象”？虽然学生多半打过吊针，但是对上述问题还是不理解.笔者于是制作了如图2所示的模型，[TP1CW39.TIF，X，BP#]带领学生观察气泡从导气管“咕咕”流入，一直上升到瓶中液面的上方，而“药水”则在大气压的作用下，沿着细管涓涓流出.因为瓶口处的压强为定值[HJ1.45mm]（即外界大气压），这就保证了药液能以不变的速度注入人体，不会出现先快后慢的情况.若发生“回血”现象，只需把瓶子举高，增大药水在针孔处的压强即可.这套教具结构简单，现象清楚，能引导学生仔细观察和深入思考，从而消除疑惑.

3在初学浮力时，强化“浮力的大小与物体排开液体的体积有关”

实践表明，学生们很难想到浮力的大小会与“物体排开液体的体积”有关.因为学生缺乏相关的生活体验，或者不能把生活体验与物理本质联系起来.因此教师需要为学生补充这方面的体验.笔者发动学生自制“下沉物体”做实验，效果很好.[TP1CW40.TIF，Y#]如图3，“下沉物”是在口香糖瓶中装入石块和水制成，具有易封口、不漏水、体积大等优点.课堂上教师引导学生着重观察当物体慢慢浸入水中时，测力计的示数如何变化.由于物体体积大，受到的浮力大，测力计示数变化明显.学生在亲自实验后，普遍加深了认识.笔者还增加了一个学生体验项目——把空饮料瓶压入水中.学生体验到阻力逐渐变大，进而领悟到，这是由于瓶子排水体积增大，引起浮力增大，从而引起这种感觉.

4 纠正“扁平形状物体受到浮力大”的错误观点

不少学生认为，如果把铁块做成薄片形状，就能使浮力增大而漂浮在水面.也许学生是错误地把“增大受力面积减小压强”的知识迁移到此.为了澄清认识，笔者在课堂上做了对比实验.如图4，铁皮做的盒盖可以漂浮在水面，而被踩成铁皮后就无法漂浮了.可见，把铁块做成薄片形状并不能使浮力增大.而原先铁皮盒盖之所以能漂浮，是因为它类似于“轮船”，和薄片相比增大了排水体积——虽然这种“增大”不易察觉.

5解决“水面升降问题”

液面升降问题常常让许多学生困惑：实心橡皮泥原来在水中下沉，把它做成船形便可漂浮在水面，那么浮力是变大了还是变小了？排水体积怎么变？容器内的水面将上升还是下降？因为用肉眼不易看出排水体积的变化，而理论推导又太复杂，所以造成学生理解的困难.笔者是这样设计的：先展示实验事实，再用理论推导跟进.[TP1CW42.TIF，Y#]如图5所示，取一个厚底玻璃杯，使它漂浮在透明盛液桶内的水面上，在水面处用橡皮筋做好标记.再把玻璃杯推入水底，让学生观察水位是否有变化.学生看到水位明显下降了，这说明玻璃杯的排水体积变小了.紧接着，教师借助实验情景和学生展开思维的对话.

师：怎样比较两次浮力的大小？

生：可以采用“状态法”来比较.原来浮力等于重力，后来浮力小于重力，所以浮力变小了.

师：玻璃杯的排水体积怎样变化？

生：从实验现象来看，是变小了.

师：能否从理论上分析为什么排水体积变小？

生：因为浮力与排液体积成正比，从浮力变小必然能推出排水体积变小，从而引起了水面下降.

师：讲得好.大家还记得以前学过“轮船的原理”吗？如果是实心的铁块，即使做成铁皮，也会沉入水底，但是做成空心状，通过增大排水体积就可以增大浮力，从而使它漂浮在水面.大家不妨把这个玻璃杯想象成轮船，把前后知识联系起来，看看是不是这个道理？

笔者认为，利用自制教具和辅助实验可以促进学生积极思考和主动学习，从而顺利突破难点.

6改进“潜水艇模型”“潜水艇”是浮沉条件的一个重要应用.笔者在以往自制潜水艇模型的基础上又做了改进.如图6所示，取一个无色透明硬质塑料小瓶，在底部中央钻一个孔，再在瓶子底部绑一个钩码.取一个塑料针筒，用软管把针筒和小瓶连接起来，于是一个可以在水中直立并自由沉浮的潜艇模型就做好了.它有以下优点：（1）开口朝上，可以直立在水中且升降自如；（2）瓶子体积较大，其内部水量的变化清晰可见；（3）用针筒打气、抽气代替人用嘴吹气、吸气，更卫生，而且可以把“吹气”、“吸气”步骤交代得很清楚.

7改进“浮沉子”实验

“浮沉子”是一个有趣的实验，笔者对此实验也进行了改进.如图7，用胶头滴管代替棕色口服液小瓶.当用力捏塑料瓶时，滴管中水位的变化清晰可见.笔者在调试过程中发现两个问题：一是“滴管内的水面上升导致看不见水面”；二是欲使滴管下沉需要用很大力气捏塑料瓶.解决它们的办法很简单：把胶头下移，让其仅仅充当玻璃管的“封盖”.建议选用质量优良的绿色雪碧瓶做这个实验.只需用手稍稍用力一捏、一放，就可以让滴管“听话地”下沉、上浮.实验简单，魅力无穷.学生乐此不疲，脸上写满惊讶和喜悦.

8自制演示密度计

“密度计”是浮力知识的重要应用，也是浮力部分的难点之一.学生总认为同一密度计漂浮在密度大的液体中时受到的浮力大，而不去考虑它在不同液体中排液体积是否有变化.笔者认为，关键是要让学生意识到“排液体积已改变”.[TP1CW45.TIF，Y#]在进行这一部分教学时，笔者先展示了如图8的自制演示密度计.（选用大号油性笔，在下端缠绕几圈粗铜丝制成.）当把它分别漂浮在水和盐水中时，升降对比超过1 cm.因其色彩鲜艳、笔身粗大，两次对比明显.依托实验现象，教师就容易和学生展开交流从而突破这个难点了.

自制教具因其取材方便、设计简单、现象明显，往往能收到理想的教學效果.又因为它“接地气”，拉近了师生间的距离，便于创造和谐的课堂气氛.学生享受到思考的乐趣和成功的喜悦，教师教学起来也倍感轻松.自制教具，何乐而不为.