关于“物体浮沉条件”教学的活动设计

摘要：本文针对“物体浮沉条件”这一主题的教学，从课题的引入、学生前概念的暴露、从力的角度和密度的角度分析物体的浮沉条件，设计了学生的观察、实验、作图、讨论等活动，使“学为中心”的理念真正落到实处.

关键词：浮沉条件;力;密度;活动设计

作者简介：郑青岳（1956-），男，浙江玉环人，本科，中学高级教师，研究方向：科学教育.

1教材分析

本课教材的主要内容是物体在液体中上浮、下沉、悬浮、漂浮的条件，是初中物理的重点知识.本课教材以阿基米德原理、力和运动的关系、密度等知识为基础，它既是先前学习的相关知识的综合应用，也是后继学习“物体浮沉条件的应用”必要的知识准备.由于涉及的知识较多，有一定的难度.在实际问题中，常常会涉及如物体由多种物质组成，或物体空心等情况，对这些问题，如果能够引出平均密度概念，就能方便地利用物体和液体的密度关系判断浮沉，但教材中并没有给出平均密度，教学中需适当补充.

2学情分析

学生对物体在液体中的浮沉现象比较熟悉，但他们对物体浮沉条件的判断存在一些错误的前概念，例如，有的学生会认为重的物体下沉，轻的物体上浮;密度大的物体下沉，密度小的物体上浮，这些前概念会对本课的学习造成障碍.学生先前学习过的力和运动的知识虽然可以为分析物体浮沉条件提供重要的知识依据，但他们往往缺乏自觉地应用习得的知识进行有条理的思维.所以，应当精心设计学生参与的观察、实验、作图、讨论等活动，让学生自主地完成知识的建构.

3活动设计

3.1创设情境，引入课题

活动一教师利用如图1装置演示浮沉子实验，学生观察到，当教师改变手指按压瓶壁的力的大小发生变化时，浮沉子将出现上浮、下沉、悬浮、漂浮等现象.

师：浮沉子为什么会上浮？为什么会下沉？物体在液体中的浮沉条件是什么？

【设计意图】利用演示实验创设情境，引入新课.

3.2暴露学生的前概念

师：浮沉子问题比较复杂，我们从简单的现象入手.

活动二教师将木块、重的铁块（比木块重）分别浸没在水里，放手后，木块上浮，铁块下沉.

师：木块为什么在水中会上浮，而铁块为什么会在水中下沉？

生：因为铁块比木块重.

活动三教师将一枚回形针放入水里，回形针下沉.

师：回形针比木块轻，为什么它会下沉呢？

生：铁的密度比木块的密度大.

师：刚才大家先是根据物体的轻重，后是根据物质的密度，来判断物体在液体中的浮沉.虽然判断中存在着一些漏洞，但却给出了分析浮沉条件的两个的角度，一是从力的角度分析;二是从密度的角度分析.

【设计思想】暴露学生的前概念，为后续探究物体的浮沉条件确定方向.

3.3从力的角度探究浮沉条件

活动四将夹子夹住一个鸡蛋浸没在盐水中，夹子放开后，鸡蛋悬浮在盐水中静止不动（如图2所示）.

师：物体所处的运动状态是由什么决定的.

生：由它受到的力决定的.

师：是由它受到的某个力决定，还是由它受到的所有力决定的？

生：是由它受到的所有力决定的.

活动五要求学生作出鸡蛋在盐水中受到的各个力，写出鸡蛋悬浮时，不同的力之间存在的关系.

学生作出图3，得出悬浮条件：F浮=G

【设计意图】运用力和运动关系的旧知，推出悬浮条件的新知.

活动六要使鸡蛋上浮，怎么办？并说出理由.

引导学生认识：在图2中，要使鸡蛋上浮，应使F浮>G，而G不可变，所以只能增大F浮;而据阿基米德原理可知，F浮=ρ液gV排，因为V排不可变，要使F浮增大，只能增大ρ液，即加盐.

【设计意图】利用已有知识进行分析和推理，培养学生的分析和推理能力.

活动七教师将鸡蛋从杯中取出，将一小包盐放入杯中，搅拌后再将鸡蛋放入，可见鸡蛋向上浮起.要求学生概括出物体上浮条件.

学生得出物体上浮条件：F浮>G.

【设计意图】验证推理结果，强化证据意识.

師：要使原来悬浮的鸡蛋下沉，怎么办？

引导学生分析：在图中，要使鸡蛋下沉，应使F浮<G，而G不可变，所以只能减小F浮;而据阿基米德原理可知，F浮=ρ液gV排，因为V排不可变，要使F浮减小，只能减小ρ液，即加水.

活动八教师将鸡蛋从杯中取出，将杯中的水倒掉一些，再把清水倒入，并作搅拌后再将鸡蛋放入，可见鸡蛋向下沉.要求学生概括出物体下沉的条件.

学生得出物体下沉条件：F浮<G.

【设计意图】验证推理结果，强化证据意识.

3.4从密度的角度探究浮沉条件

活动九将2块冰块分别放入两杯透明的液体中，发现一块上浮（如图4a所示），一块下沉（如图4b所示）.让学生闻一下两杯液体，发现冰块沉入的一杯装的是酒精.

师：冰块放入水中会上浮，放入酒精中会下沉，这说明什么？

【设计意图】让学生认识密度大小的相对性，从而认识到要比较浸入液体的物体的密度与液体密度的大小

活动十根据用力的关系表达的浮沉条件，推导出用密度的关系的浮沉条件.

学生推导出：当ρ物<ρ液时，物体上浮;当ρ物>ρ液时，物体下沉;当ρ物=ρ液时，物体能悬浮在液体的任何深处.

【设计意图】培养学生的数学推导能力，发展演绎思维.

活动十一学生讨论：

（1）上浮的物体最后处于什么状态？

（2）漂浮和悬浮时，物体都是处于静止状态，两者有什么不同？

学生通过比较，认识漂浮和悬浮异同点：都是处于平衡状态;但悬浮时，V排=V物，漂浮时，V排<V物，ρ物<ρ液.

【设计意图】引导学生比较异同，防止将相似概念混淆不清.

活动十二学生讨论：下沉的鸡蛋最后处于什么状态？此时鸡蛋在竖直方向受到哪几个力？并作出鸡蛋的受力图，写出此时各个力之间的关系.

学生作出图5，并得出三力的关系F浮+F′=G.

【设计意图】区分下沉和沉底两个概念，防止混淆不清.

3.5引出平均密度概念

活动十三教师将一个乒乓球（内装有沙）浸入水中再放手，学生看到乒乓球下沉（如图6所示）;取出乒乓球晃晃，可听到里面装有沙子;让学生用手掂一下，可感觉到乒乓球比较沉.

【设计意图】增强学生的感性认识，为后续学习平均密度等知识作铺垫.

活动十四学生讨论：

（1）此时能够用物体的密度与液体的密度关系判断浮沉状态吗？

（2）利用固体密度与液体密度的关系判断浮与沉，适用条件是什么？

（3）这个乒乓球的质量为50g，外观体积为33cm3，它相当于密度为多大的实心球？算出这个密度.

引导学生认识：算出的质量和密度的比值并不是制作乒乓球的材料的密度，也不是里面所装的沙的密度，而是一个平均密度，即平均密度=质量外观体积.利用平均密度与液体密度的关系，可以判断物体的浮沉.

【设计意图】帮助建立平均密度概念，引导学生灵活应用知识，也为后面分析轮船等问题铺设基础.

3.6巩固练习

活动十五学生练习

（1）说理题：

①煮熟的汤圆为什么会浮出水面？

②用硫酸铜溶液测血液的密度的原理是什么？

（2）定量判断：一个体积为45dm3、质量为46.35kg的密封铁箱，不慎掉入海里.它將下沉到海底，还是悬浮在海水中，或是上浮到海面？如果这只铁箱掉在河里，又将如何？（已知海水的密度为1.03×103kg/m3）

（3）解释浮沉子实验现象.解释时着重分析，当改变手对瓶壁的压力时，浮沉子受到的力中哪个力发生了怎样的变化.

【设计意图】让学生在练习中巩固所学知识，并深化对知识的认识，发展学生的思维，提高学生分析问题和解决问题的能力.

参考文献：

[1]易其顺.物体沉浮条件的探究活动设计[J].中学物理，2010（12）.

[2]谢荣瑜.物体沉浮的条件及应用教学探究[J].广西教育，2017（05）.