浮力产生分析仪

曾鑫波

摘 要：目前初中物理教材对浮力产生原因的分析上只停留在理论分析，实验室也没有说明这一知识点的教具，本文介绍利用身边物品制作出《浮力产生分析仪》。

关键词：浮力产生；自制教具；立方体；压强计

为适应新课程背景下数量繁多、形式多变探究性的实验教学的要求，倡导利用身边随手可得的物品创造新教具，可以解决或缓解实验器材不足的问题，本教具是在利用已有的教学仪器与已学的的科学知识的基础上，自主创新出新的教学仪器，不仅做到知识的迁移与升华，更能帮助学生加深对浮力产生的理解和掌握。

1 实验设计的基本思路与原理

此教具的设计是基于沪教版初中物理教材第150页中：液体U形管压强计，是专门用来研究液体压强的仪器。将U形管压强计的金属盒放入液体中一定深度，根据U形管两管水面的高度差，可知液体压强的大小。教材第171页图8—19（图1）中：设想一个立方体浸没在水中，如图9—5（图2）所示，它的上、下、前、后、左、右六个表面都受到水的压力，它的左右，前后两侧受到的压力是大小相等，方向相反的，即受力互相平衡；而上、下两个表面，由于深度不同，受到水的压强、压力不同。下表面受到水向上的压力F1大于上表面受到水向下的压力F2，向下和向上这两个压力之差就是液体对浸入物体的浮力[ 1 ]。用液体的压强、压力知识通过理论分析得出浸入液体中的正方体受到液体向上的浮力是由于上下表面的压力差，学生理解起来很困难。目前实验室还没有说明该知识点的教具。

2 制作材料与工具

制作材料：塑料盒子、水管、橡皮膜、塑料板，胶布、墨水、橡胶管，螺丝、直径2cmPVC水管30cm、502胶水，铅笔，矿泉水瓶，玻璃U型管， 20ml针筒1个。

工具：电工刀1把、剪刀1把、电钻1把、铁锯1把、锉刀、塑胶枪。

3 制作过程

初级版本

如图3：用两个各自封上一片橡胶膜片的盒子组合成圆柱体的两个膜面，用料：矿泉水瓶、橡胶膜片、塑料盒、红色与黑色胶布，橡胶管，玻璃U型管。黑色橡胶膜片连接的是装黑色液柱的U形管、红色膜橡胶膜片连接的是装红色液柱的U形管，把两U形管并排的固定在白色塑料板上并夹在铁架上。

使用：

（1）当把圆柱体红黑膜片水平放置浸入水中时，两膜片所在的深度相同，红黑膜片受水挤压凹陷程度相同，且U形管中的红黑液柱高度差是一致的，说明它们受到水的压强与压力是相同的，此时合力是零。

（2）当圆柱体红黑膜片竖直放置时，两面膜片所在水中深度不同，处在深的膜片受水挤压凹陷程度大，且U形管中的液柱高度差大，说明深的受到水的压强与压力是比浅的大的多，此时竖直方向的合力是向上，就是该物体受的浮力。

高級版本

制作：如下图4，把圆柱体物体升级为立方体并用2cmPVC水管长30cm连接固定，在立方体六个面各装个盒子并封上膜片，每个盒子各自用橡胶管连着装有液柱的U形管，立方体在水平上的前、后、左、右四面用蓝色膜片通过橡胶管连接的是绿色液柱的U形管，下面红色膜片连的是红色液柱的U形管，上面膜片连的是黑色液柱的U形管。6个玻璃U形管组安装在塑料板上加垫一条黄色的电线，这样使U形玻璃管口与塑料板有半厘米间隙易安装橡胶管，塑料板上钻6个孔让橡胶管通过，保持良好通气性能与整洁性，塑料板用一支铅笔支撑而成的简易支架。

使用：当立方体水平浸入水中时，盒面的前、后、左、右的膜片受水挤压凹陷程度相同，且U形管组中的4个绿色液柱高度差是一致的，说明它们受到水的压强与压力是相同的，在水平方向上受到的合力是零；立方体上面的膜片受水挤压凹陷程度最小、压力小、U形管中的黑色液柱高度差最小，下面的膜片受水挤压凹陷程度最大、压力大、U形管中的红色液柱高度差最大，浮力是由于物体受液体上下表面的压力差产生的。

4 本教具的创新点

（1）立体的液体压强计，同学不仅可从膜片形变程度，更重要是通过观察从液体内部传递到U型管组液柱的高度差不同，来分析各个立方体表面受的压力不同而直观理解浮力产生的原因，此教具是在学习压强知识后的应用与升华，让同学体验到知识的发生、发展过程。操作简便，实验现象十分明显直观，符合科学原理。

（2）用本教具也可探究液体内部压强的特点。

（3）U形管组安在的塑料板用一支铅笔支撑而成的简易支架是一大亮点，塑料板上U形管上方的六个小孔有利橡胶管通气与固定，U形管组通过电线与塑料板间隔开使橡胶管容易安装， U形管中液体加注可用医用注射器更精确。

（4）本实验利用废弃塑料盒子、水管、橡皮膜、塑料板，胶布、墨水、螺丝等进行教具的制作体现环保、节能。

（5）体现TST：当同学们看到老师用该自制教具教学的同时也会关注到本教具的制作材料都是生活中常见的生活废弃品，并用已学过的压强知识来解释浮力新知识，引发学生自发思考，物理其实离我们不远，就在身边，并提高学生学习的积极性，甚至会激发部分学生自己动手制作与研究有关他自己兴趣的物理知识。

显而易见，利用随手可得的日常用品，经过少量的加工，设计出简单易行、生动有趣的物理教具，与正规仪器相比毫不逊色，利用这些选材简单的、贴近生活的、不需花很多的时间精力去准备的实验器材，就可以完成的随堂实验，可以激发了学生的学习愿望，有效地激励学生的学习动机，增强学习体验过程。这不但是解决仪器不足的有力措施，而且可以使学生感受到物理就在身边，让学习充满乐趣，同时，对促进学生的观察能力、探索能力、操作能力、创新能力都有积极的意义。

参考文献：

[1]廖伯琴.义务教育教科书物理八年级教科书[M] . 上海：上海科学技术出版社 ，2013：150、172.