一道“气泡运动状态”试题的深入思考

胡席飞 程小健

(安徽师范大学物理与电子信息学院 安徽 芜湖 241002)

一道“气泡运动状态”试题的深入思考

胡席飞 程小健

(安徽师范大学物理与电子信息学院 安徽 芜湖 241002)

初中物理牛顿第一定律的教学过程中，经常会出现一类探讨气泡运动状态变化的习题和试题。我们选取其中一题为例，通过对题设情境及答案进行讨论和研究，构建出相关物理模型并进行实验探究，最终得出影响气泡运动状态的因素。

气泡；运动状态；实验探究

1 试题及解答思路

上海市第十五届初中物理竞赛(上科杯)复试题中的原题如下：如图1所示为运输液体货物的槽车，如果槽内有一气泡，当车启动时，气泡将向 运动；刹车时，气泡将向 运动(选填“前”或“后”)。

在查阅相关资料后，我们试着将教师对此类题目的解答思路整理如下：任何物体都具有惯性，且影响惯性大小的主要因素是物体质量。车内液体的质量远大于气泡质量，即液体的惯性远大于气泡惯性。因而，探讨气泡运动状态的变化，需抓住问题的关键：车内液体的运动状态的变化。车子由静止突然向右运动时，液体的运动状态难以突变，液体相对车槽向左运动，推动气泡向前运动。[1,2,3]同理，刹车时，气泡向后运动。综上，得到上述试题的答案为前、后。

2 “影响气泡运动状态的因素”实验探究

以试题条件作为实验条件，在建立相关物理模型的基础上，我们进行了实验验证。通过将运输液体的槽车模型转换成玻璃瓶模型进行大量实验，我们发现起始状态为静止的气泡，其运动状态的改变并不单一，而是一个持续的动态过程，推动静止的玻璃瓶向右运动，最后撤去推力的整个过程，气泡的运动状态改变为：先向右运动，再向左运动，而后有很大概率回到起始位置。

对于实验探究部分，所需实验材料为：玻璃瓶、水、细线和胶带。

实验准备：将玻璃瓶注水，仅在瓶口处留一小部分空间，拧紧瓶盖后将玻璃瓶横放，此时玻璃瓶内部便会产生气泡，通过多次调控水量的多少来改变气泡数量、大小和起始位置。之后利用胶带将细线固定在瓶身外部气泡位置处，研究气泡运动状态时将细线视为参照物。以气泡处于瓶身中央为例，实验装置效果图如图2所示。

实验步骤：在玻璃瓶末端施加一个推力，推动玻璃瓶由静止到运动，而后撤去推力，直至玻璃瓶恢复静止状态，观察并记录气泡运动状态。

在此基础上进行大量实验，通过记录并整理实验数据，我们发现该物理模型中，气泡的运动状态与推力大小、气泡的大小以及起始位置存在一定关系，具体如下：

表1 推力大小适中及起始位置一定时，气泡大小与气泡运动状态关系

讨论及分析：推力大小适中及起始位置一定时，若气泡足够小，其运动状态并未发生改变。随着气泡的增大，气泡的运动状态会发生改变，但回到起始位置的概率会减小。气泡足够大时，其运动状态虽然发生改变，但实验中有一定概率发生“气泡分裂现象”，即原本数量为一个的气泡会分裂成多个。

表2 推力及气泡大小适中且一定时，气泡起始位置与气泡运动状态关系

讨论及分析：推力及气泡大小适中且一定时，无论气泡的起始位置位于何处，气泡的运动状态始终会发生改变。但实验中我们也发现，只有气泡的起始位置为玻璃瓶末端和玻璃瓶口时，气泡有很大概率最终能够回到起始位置且不分裂。当气泡位于玻璃瓶中央及附近时，以细线为参照物，气泡无法真正回到起始位置。

表3 气泡大小适中及起始位置一定时，推力大小与气泡运动状态关系

讨论及分析：气泡大小适中及起始位置一定时，若推力足够小，气泡运动状态不变，随着推力的增大，气泡的运动状态会发生改变。而当推力足够大时，也有一定概率发生“气泡分裂现象”。

3 小结

综上，影响气泡运动状态的因素为多个，且对于所选试题中的气泡来说，其运动状态的改变也并非单一，而是一个动态的变化过程：先向前运动，再向后运动，有一定概率回到起始位置。即实际情况下，气泡运动状态的变化较为复杂，从物理规律的教学要求角度来看，教师在进行讲解时可根据实际物理问题构建物理模型，便于学生理解，而对于此类习题的编制，将“控制变量法”思想引入问题的讨论会是一个更好的选择。

[1] 李林刚.沪科版八年级物理教材第七章气泡运动练习题之我见.中学物理[J].2014,32(22):35-35.

[2] 李求龙.气泡向何方运动呢?数理化解题研究(高中版)[J]. 2005(4):40-40.

[3] 周文斌.试论小气泡为何向前运动.物理教学探讨[J].2002,(02):20-21+24.

胡席飞(1993.02-)，男，汉族，皖，安徽师范大学学科教学(物理)硕士专业在读，研究方向：中学物理课程与教学。

G640

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1672-5832(2017)11-0129-02

牛顿第一定律又称惯性定律，是初中学生较早接触的物理规律之一，也是初中物理教学中的重难点之一。实际教学中，大部分教师会选取具有代表性的习题进行巩固教学，笔者通过教学实践，发现部分教学资料选编的习题及参考答案存在一定可商榷之处，在查阅和整理相关文献的基础上，以上海市第十五届初中物理竞赛(上科杯)复试题中一道题目为例进行分析，并进行实验探究，得出结论。