“阿基米德原理”实验改进与创新

摘 要：创新实验符合新课标对学生核心素养培养的要求.核心素养要求学生具有一定的探究能力、创新能力等，教师用生活中易得的材料来组建教具创设物理学习情境，学生能够从”知”的环境中去发现”未知”，使学生原有的认知结构与当前面临的现实产生冲突，从而使学生具有探究新知识的强烈愿望.

关键词：定性探究;定量探究;拓展实验;核心素养

文章编号：1008-4134（2019）16-0019    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

作者简介：李洪武（1973-），男，黑龙江肇州人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理教育研究及教学管理.

1 制作背景

“阿基米德原理”是人教版初中物理八年级下册第十章第2节内容，传统的阿基米德原理实验步骤繁琐过程复杂，测量数据多，很多同学被过多的数据搞混，不能直接测出G排的数值，不能通过实验直接得到F浮=G排，因此更不能直接通过实验深刻理解阿基米德原理.

2 制作材料

一块长30cm×宽12cm×厚1cm的木板、一块长4.5cm×宽1cm×高60cm的木板、1根长约6cm的弹簧、一枚有颜色的曲别针、1个饮料瓶制成的溢水杯、2个矿泉水瓶制成的质量大小相等的小桶、2根细而结实的细绳、1架天平、1个烧杯、1根黑色皮筋、一个卡子、剪刀、刀片、胶枪、铁丝、量程5牛弹簧测力计、钩码、石块.如图1所示.

3 制作方法

用长30cm、宽12cm、厚1cm和长4.5cm、宽1cm，高60cm的两个木板做成如图1所示的支架，把有颜色的曲别针一端弄直，制成长指针，粘在弹簧上，如图2甲所示;将饮料瓶的上部分剪截整齐，侧面打一个小洞，接上细的PVC管，用胶枪密封好，防止漏水，做成溢水杯，如图2乙所示;将两个大小一样的饮料瓶剪截好，保留下部分，制成两个质量大小相等的小桶（用天平来测量），在两个水桶下部粘贴塑料挂钩，便于勾住物体，如图3所示;把量程5牛的弹簧测力计的刻度盘取出（用刀片把测力计的塑料外壳后面的部分削掉），然后倒插入塑料壳内，挂钩换成拉环，成为改装后的弹簧测力计，如图4所示，选取结实的细绳，用来悬挂.

4 使用方法

4.1 定性探究

安装好支架，在弹簧的下端挂一个小桶，小桶下面吊一个石块，记下弹簧伸长后下端到达的位置，用黑色皮筋标注好.如图5所示.

在溢水杯中盛满水，当石块浸没在水中后，用另一个小桶接住溢出来的水，此时，弹簧的指针位置发生第一次变化：弹簧指针会上升到某一位置（此时不必记录指针的位置），说明：石块受到了水对它竖直向上的浮力作用，可以理解为弹簧的变化量就是受到的浮力.如图6所示.

提示：（1）操作过程中，溢水杯中加水时，不要弄湿支架的平木板，可以用卫生纸（吸水性能好）擦净，避免下面的小桶粘有水滴，影响实验效果;（2）石块浸没在水中，且不要接触容器壁和容器底.

将两个小桶互换，观察指针位置的变化，发现指针位置发生了第二次變化：指针再一次回到了初始位置（黑色皮筋的位置）.说明：溢出水的重力刚好等于弹簧的变化量（浮力）.如图7所示.

提示：此过程，轻拿轻放，两个人操作，防止水从小桶中溢出.

4.2 定量探究

安装好支架，在改装后的弹簧测力计的下端吊一个钩码，然后拉环上挂一个空小桶，此时，调节弹簧测力计的刻度盘（上下抽动刻度盘），使指针指在0刻度线位置，如图8所示，刻度盘放大，如图9所示.

提示：弹簧测力计的上端用细线挂在支架上，使细线有适当的长度，防止向上调整刻度盘时，刻度盘接触上面的铁架.

在溢水杯中盛满水，当钩码浸没在水中后，用另一个小桶接住溢出来的水，此时，弹簧测力计的指针位置发生第一次变化：弹簧指针会上升到某一位置（此时记录指针的位置为0.4牛），说明：钩码受到了水对它竖直向上的浮力作用，即为0.4牛.如图10所示，刻度盘放大如图11所示.

提示：（1）操作过程中，溢水杯中加水时，不要弄湿支架的平木板，可以用卫生纸（吸水性能好）擦净，避免下面的小桶粘有水滴，影响实验效果;（2）钩码浸没在水中，且不要接触容器壁和容器底.

将两个小桶互换，观察指针位置的变化，发现指针位置发生了第二次变化：指针再一次回到了0刻度线位置.说明：溢出水的重力刚好等于浮力大小均为0.4N，如图12所示，刻度盘放大如图13所示.

提示：此过程，轻拿轻放，两个人操作，防止水从小桶中溢出.

5 原理

用细绳拉着一个物体，浸在液体中，通过受力分析，可知，物体受到重力、拉力和浮力作用，其所受的浮力就是弹簧测力计的变化值（G物-F拉）.

6 优点

此项目通过更换实验中的两个小桶，观察指针两次变化后回到初始位置，简明扼要地定性总结出：弹簧测力计的变化量等于溢出水的重力（F浮=G排）;通过修改弹簧测力计和调整0刻度线的位置，创造性地直接读出了浮力的数值，并且通过更换小桶，简明扼要地定量分析出：浮力的大小等于排开水的重力;材料来源于生活中的废旧物品，成本低，可以批量制作，开展学生实验;操作过程中，放置小桶既可以按照定性实验操作也可以按照定量实验操作，可以灵活放置小桶;本项目从定性和定量两个方面求证了阿基米德原理，使实验结论更令人信服;制作简易，操作简单，实验效果非常明显，结论准确.

7 拓展实验

此创新实验在定量探究实验的基础上稍稍改进，就可以探究浮力的大小跟哪些因素有关.

7.1 探究浮力大小跟物体浸在液体中的体积的关系

在定量探究实验中，把溢水杯更换成烧杯或塑料桶，在弹簧测力计的上方安装一个定滑轮，来调整钩码浸在液体中的体积，观察到：重物浸在水中的体积越来越大，弹簧测力计示数（浮力）不断增大，反之，减少.该实验既可以定性研究，也可以定量研究.如图14所示.

7.2 探究浮力大小跟液体密度的关系

在上述实验中，更换两次液体（水和盐水），固定好钩码的位置，观察钩码浸没在两种液体中（排开液体的体积一样）时的弹簧测量计的示数（浮力的大小），就可以探究浮力大小跟液体密度的关系.

结束语：随着普及九年义务教育的实现和新课程改革的逐步推进，学校办学条件得到了很大提高，教学仪器设备无论在配备的数量上还是质量上，都有了较大的改善，实验教学的条件得到了一定的保证.但上级行政部门在采购招标过程中，很少让一线老师参与，具体的教学中，老师到底需要什么样的实验器材更能有效发挥其作用，促进有效教学，往往是上级主管部门忽视的，就会出现部分配置的实验器材不实用，操作繁琐，而利用日常用品改进实验或开放实验可以有效弥补这些方面的不足.自制教具，创新实验在实验教学条件困难时值得提倡，在推行新课改的今天更不能被淡忘，这不仅有助于教师钻研教材，师生互助、共同参与，还可以培养学生的观察能力、思维能力、分析能力、动手操作能力和创新实践能力，这些能力的培养都符合现阶段对学生核心素养的要求.

参考文献：

[1]徐顺明.物理自制教具对落实新课程标准的重要意义[J].科普童话，2015（22）：32.

[2]何佳娜，曹峻，侯雨晴.“空酒杯”魔术教具的制作及教学启示[J].中学物理，2018，36（08）：21-23.

[3]沈典俊.物理实验中落实物理核心素养的策略研究[J].中学物理，2018，36（06）：5-6.

（收稿日期：2019-04-10）