七“请”七纵解浮力七惑

叶富军

摘 要： 浙教版八上“水的浮力”是初中科学教学中疑难点最集中的，它既有概念又有原理，有教师也因疑难点太多而讲不透彻，因而效果不佳.现在仅借用一套学生设计的装置就能直观、形象地解决他们在浮力学习中七处疑难点，真正起到七“请”七纵解浮力七惑之功效.

关键词： 浮力;概念原理;解惑

尽管“水的浮力”在小学科学里学过，但因认知水平的原因，他们还是一知半解.所以，如何讲清、讲透疑难点是这节课的核心.剖析教材，笔者发现疑难点所在处.一是对下沉的物体也受浮力难理解？二是浮力大小可以用“称重法”测出，为何还要学习阿基米德原理？三是影响浮力大小的因素有哪些？四是物体浸入越深，弹簧秤的示数越小，为什么说浮力大小与物体浸入的深度无关？五是物体排开的是液体体积，为什么想到测的是排开液体受到的重力？六是排开液体的体积与物体的体积有何关系？七是重1N的水能否产生比1N还大的浮力？这些问题一直困扰着学生的学习.因此，这节课通过“七请”装置图来理清这些问题，这一情景好比诸葛亮七擒七纵孟获，不过现在是“请”非“擒”，而“纵”可理解为消化.并且“请出”的是同一套由学生自己设计的装置，这对学生理解和领悟疑难点起到事半功倍的效果.

1 一“请”一纵解下沉物体有浮力之惑

众所周知，漂浮在水中的物体是因为受浮力作用.那下沉的石块呢？若有浮力，它为何还会下沉呢？请设计方案来证明.

方案一：“请出”学生设计的装置图，图1（b）与图1（a）读数不同，说明了物体除受到重力和拉力外还有一个力，因为读数减小，所以另一个力的方向是向上的.

方案二：借助于受力分析，它受重力、拉力和向上托的力，这个向上托的力就是浮力.

在水中下沉的物体有浮力，而在其他液体中呢？把图1（b）杯中的水换成酒精，读数也是比空气中小.可见，物体下沉在酒精中也受浮力作用.因此，在液体中，不仅浮着的物体受到浮力作用，下沉的物体也受到浮力作用.这样通过实验方案的设计、分析、评价，讲透了这一疑点，起到水到渠成的作用.

2 二“请”二纵PK“称重法”与“公式法”之优

根据上述情况，下沉的物体所受到浮力大小就是弹簧秤减小的读数，也就可以计算出浮力的大小，F_浮=G-F₁（F₁表示物体在水中的读数）.而漂浮着的物体呢，当然可以用二力平衡来解决，只要测量其重力，即可得出浮力大小.这时，又一个疑点产生了——为什么还要学习阿基米德原理呢？

大家知道，原理、定律等往往是普遍适用的，而上述“称重法”是否可以解决所有物体受到的浮力大小呢？此时，让我们“再请”图1（b）中的烧杯，将手指插入水中，你能测出受到浮力大小吗？显然，“称重法”无法测出手指浸入水中时受到浮力的大小.当然，也无法测量人在水中露出头部时所受到的浮力大小.而“公式法”能算出大小，其优势很明显.

为了得出计算浮力大小的公式，接下来要探究浮力跟哪些因素有关？这样层层递进，激发了学生学习的积极性，大有非搞清不可的趋势和动力.正如布罗姆所说的，“学习的动力，在于对学习材料的兴趣.”其实，学习科学最重要的是揭示本质和规律.

3 三“请”三纵猜想浮力影响的因素

浮力大小会跟哪些因素有关呢？让我们“三请”装置图1（b），将物体慢慢浸入水中，仔细观察，你发现了什么？

首先，观察上面弹簧秤读数的变化情况.显然，读数的变化就是浮力大小.再观察下面烧杯中，变化的物理量有：杯中水的体积，物体浸入的体积，物体浸入的深度.当然，影响浮力大小的因素也有可能是物体的密度.然后，把杯中的水换成酒精，发现在浸入相同体积时，弹簧秤读数发生了变化，可见，浮力大小与液体的密度有关.紧接着，将烧杯中水倒掉一部分，再重做上述实验，观察发现，浮力大小与杯中水的多少无关.然后再将物体换成同体积的其它物体验证（与物体的密度无关）.通过验证猜想因素，得出影响因素有物体浸入的体积、物体浸入的深度、液体的密度.这些因素真的都会影响浮力大小吗？这还有待于检验.

因为观察对象明确，方案可行，恰当点拨、引导，学生的思维得以升华，体现了新课程自主、合作和探究的理念.

4 四“请”四纵排除影响浮力的因素

上面排除了液体的质量和物体的密度两因素，还剩下了深度.让我们“四请”装置图1（b）的实验，用手托住杯子，缓慢地向上抬起，仔细观察弹簧秤示数的变化情况，发现弹簧秤读数是不断减小.同时观察烧杯中物体浸入水中的情况，浸入的深度不断增大.于是得出：物体浸入水中的深度越深，浮力越大.但当我们继续把杯子向上抬起，直到物体完全浸没在水中时，即使继续增加深度，弹簧称的读数也不再发生变化.于是又得出物体受到的浮力与物体浸入的深度无关的结论.疑点再次产生——到底物体受到的浮力跟物体浸入的深度有无关系呢？学生认为，物体浸没前浮力与深度有关，物体浸没后浮力与深度无关.这一结论可能因没有抓住本质问题而导致的错误.

请看图2，当物体（空心的）浸入水中过缺口位置时，深度断续增大，此时的浮力反而先减小后增大，最后保持不变.那么，除了液体密度外，影响浮力大小本质的因素是哪个呢？物理学家阿基米德为我们解决了这个核心问题——物体排开液体的体积.从而找到了求浮力更普遍的规律，这为阿基米德原理的得出扫清了障碍.

5 五“请”五纵解开称量V排重力之谜

当排除了干扰因素，得出浮力大小跟物体排开液体的体积和液体的密度有关时，那么，它们到底有什么定量关系呢？疑点再次暴露——为何在实验时要称出排开水的重力呢？“五请”装置图1（b）（将烧杯换成溢水杯），当再次把弹簧秤下挂着的物体慢慢浸入水中时，上面弹簧秤变化的读数就是浮力，而下面变化的是物体排开水的体积;上面变化的是力，而下面变化的是体积;且上面和下面均只有一个量在发生变化.根据分析推理，自然会想到它们变化的力有什么关系？所以要测杯中排开水的重力，发现两者相等.即：浮力的大小等于物体排开水的重力.

这样分析、引导使学生在解决疑点问题的过程中产生顿悟，大有忽然开朗之感，使疑点彻底消除，不留后患.

6 六“请”六纵明辨V_排與V_物之别

阿基米德原理得出后，好象所有的疑点都解决了似的.其实，学生在运用过程中还是分不清V_排与V_物的区别.让我们“六请”装置图1（b）来解答一下这个疑点.仔细观察图1（b），把物体慢慢浸入，发现V_排小于V_物.当把物体恰好浸没在水中时V_排=V_物，当把物体浸没后再往下时V_排=V_物.若把物体换成图2空心的，当物体浸入到缺口之前时，V_排就可能大于V_物.这正如物理学家朱光正先生所说的，“千言万语说不清，一看实验就分明.”

7 七“请”七纵验浮力比水总重还大

在新课教学时，只用一套装置，经反复使用取得了“一图解六惑”的效果.且这方案是来自学生的设计，他们兴趣更浓.正如皮亚杰认知发展理论所说，学生学习是一个图式、同化、顺应、平衡的过程，而同一图式比较稳定牢固，为有效和高效学习提供了必要的条件.也为浮力复习时产生新的疑点（1牛的力能否产生比1牛大的浮力？）解决提供了很好的帮助，我们只需“七请”装置图1（b），取一比杯内径稍小一些的圆柱形物体，悬挂在弹簧秤下面，缓慢浸入盛少量水的杯中，观察到水也竟然被排出来.所以，1牛顿水能产生比1牛大的浮力.

图书，图在先，图最大的亮点是当知识淡出脑海时，它却能唤起你的记忆，将知识紧密地联系在一起.“七请”装置图不仅只是解决了7个疑点，并且通过“七纵”让学生对疑点得到充分的消化.七“请”七纵是一种教学智慧，它还达到了“深度学习[1]”带来的功效.这样的方法能打开学生的心扉，开启学生想学的欲望，也能培养学生的思维，进而培养学生的科学核心素养.

参考文献：

[1]白孝忠.促进初中物理深度学习的策略探索[J].中学物理教学参考，2016（9）：9-11.