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        “浮力產(chǎn)生的原因”之教學(xué)初探

        2008-12-31 00:00:00潘傳盛
        物理教學(xué)探討 2008年14期

        不管是哪種版本的教材,在討論浮力時都會要求學(xué)生知道浮力產(chǎn)生的原因,因為課程標準中就有“認識浮力”的要求。

        浮力實質(zhì)上是由液體對物體向上和向下的壓力差而產(chǎn)生的。但浮力產(chǎn)生的原因一直是教學(xué)一個難點,我通過多年的教學(xué)實踐,認為從實驗演示到理論推導(dǎo)兩種途徑來引導(dǎo)學(xué)生理解這個問題的效果較好。

        1 實驗演示

        演示實驗1

        器材 兩只內(nèi)底面光滑的燒杯,兩塊同樣的一面削得很光滑的蠟塊,水;

        操作 在甲杯中放入蠟塊,并將粗糙的一面與燒杯的底部互相接觸;

        在乙杯中放入蠟塊,并將光滑的一面與燒杯的底部互相接觸。(如圖一)

        設(shè)疑 在兩杯中倒入水,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?

        學(xué)生猜想后進行實驗,發(fā)現(xiàn)甲杯中蠟塊上浮,乙杯中蠟塊在杯底靜止不動。

        分析 甲圖中蠟塊的底部粗糙,可以進水,水對蠟塊就會產(chǎn)生向上的壓力,由于其深度大于上表面的深度,所以向上的壓力就大于向下的壓力,從而就產(chǎn)生了向上的浮力。

        乙圖中蠟塊的底部光滑,與底面密合較緊,不能進水,蠟塊只受水的向下的壓力,所以沒有受到浮力的作用。

        演示實驗2

        器材 乒乓球,去底的透明塑料飲料瓶,瓶蓋,水。

        操作 將飲料瓶瓶口朝下,擰去瓶蓋,將乒乓球放入其中(見圖二)

        設(shè)疑 如果向瓶中倒水,乒乓球會浮起來嗎?

        學(xué)生猜想后進行實驗,慢慢地向桶中注入水,發(fā)現(xiàn)注水很多以后,球都浮不起來。再將瓶蓋擰上,讓學(xué)生觀察,發(fā)現(xiàn)只要把瓶蓋擰緊后,乒乓球就會浮起來。

        分析 沒有擰上蓋子時,球下面沒有水,就沒有受到水向上的壓力,球就不能上浮。蓋上蓋子后,球下有水,受到浮力,球就會浮上來。

        綜合上述的兩個實驗可知:只有當浸在液體中的物體下表面受到向上的壓力時,才會受到浮力作用。

        這里出現(xiàn)一個問題:是不是只要物體下表面受到液體向上的壓力,就一定會受到浮力作用呢?

        為了進一步揭示其內(nèi)部規(guī)律,就必須用理論來分析。

        2 理論分析

        2.1 規(guī)則形狀的物體:

        如圖三所示,底面積為S的長方體浸在液體中,由于上下兩個表面所受的壓強不同,那么向上和向下的壓力也就不同,所以合力的大小為:

        F合=F向上-F向下

        =ρ液g(h+d)S-ρ液ghS

        =ρ液gdS=ρ液gV物>0

        這時長方體所受的豎直向上的浮力就是合力,等于物體排開液體的重量。

        2.2 不規(guī)則形狀的物體:

        如圖四所示,物體的上底面積為S2,物體的下底面S1與容器的底部互相密合:

        F合=F向上-F向下

        =ρ液g(S2-S1)(d+h)-ρghS2

        =ρ液gd(S2-S1)-ρghS1

        這時V1=d(S2-S1)為圖中虛線以外部分物體的體積,

        V2=hS1為沿虛線內(nèi)物體上面水的體積。

        所以上式就可表述為:

        F浮=F合=ρgV1-ρgV2=ρg(V1-V2)

        當V1>V2時,F合>0,受到浮力;

        當V1<V2時,F合<0,沒有受到浮力。

        很明顯:這時物體是否受浮力作用與上表面浸入液體的深度有關(guān)。

        同理可知:如圖五所示倒圓臺形物體的底部S1與容器互相密合時

        當V1>V2時,F合>0,受到浮力;

        當V1<V2時,F合<0,沒有受到浮力。

        上圖中:設(shè)圓臺高10cm ,體積200cm3,底面積8cm2,全部浸入水中時,頂部距水面5cm,問它是否受浮力的作用?如果受浮力作用,浮力為多大?

        V1=V總-V

        =200cm3-8cm2×10cm

        =120cm3

        解:V2=40cm3

        V1>V2 受到浮力作用,而且

        F浮=ρgV1-ρgV2

        =ρg(V1-V2)=0.784N

        3 結(jié)語

        以上采用先形象,后抽象的教學(xué)步驟,符合學(xué)生的認知規(guī)律。特別是實驗中出現(xiàn)的疑問,就只能通過建立物理模型用理論分析來解決。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生觀察和思考的能力,又培養(yǎng)了學(xué)生嚴密的分析問題的能力。

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