潘立鋒

(安徽歙縣第二中學(xué),安徽黃山 245200)

設(shè)計(jì)背景:在“浮力產(chǎn)生原因”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,利用蠟塊放入平底容器中,來探究浮力產(chǎn)生的原因.這樣雖能很好地說明浮力產(chǎn)生的原因是,液體對浸在其中物體向上的壓力和向下的壓力之差.但實(shí)驗(yàn)中,對“蠟塊平整面與底面緊密接觸,注入水時(shí)蠟塊不上浮”的操作比較困難.若在容器底部涂一層蠟再操作,往往會(huì)使學(xué)生在探究中誤解為蠟塊是被粘在底部.為此我們對教材中的探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì).

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?探究浮力產(chǎn)生的原因.

實(shí)驗(yàn)裝置:如圖1所示,①礦泉水瓶1個(gè)(除去底部,并在瓶口接根塑料管,使操作步驟3時(shí),乒乓球下部空氣自由排出,避免因空氣壓力使乒乓球提前上浮).②乒乓球1個(gè),③木棒1根(用于按住乒乓球).④兩端開口且一端帶橡皮塞的玻璃管一段.

圖1

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)將瓶蓋蓋住,從開口的底部往瓶中注入水,然后放入一個(gè)乒乓球,乒乓球浮在水面,用棒將乒乓球按入水中,松開后球會(huì)上浮.說明乒乓球在水中受到浮力的作用.

(2)再次將乒乓球按入水中,同時(shí)把瓶蓋打開,然后移去木棒,放開乒乓球,乒乓球一直不上浮.這時(shí)乒乓球下表面不與水接觸,有少量水經(jīng)乒乓球與瓶壁四周的縫隙流下.讓學(xué)生感覺乒乓球被上方的水壓著.說明此時(shí)乒乓球只有上表面受到水向下的壓力.

(3)然后用手堵住瓶口,隨著液面逐漸上升,乒乓球再次上浮.由于這一過程時(shí)間太短,學(xué)生沒有觀察清楚.

(4)在瓶口接上玻璃管,并在水中滴入少許紅墨水,然后用手堵住玻璃管口,讓學(xué)生觀察玻璃管中液面上升到什么位置時(shí)乒乓球開始上浮.(直到液面逐漸上升到塑料管中且接近與瓶中液面相平,乒乓球才開始上浮.)說明此時(shí)乒乓球上下表面都受到水的壓力(下表面都受到水的壓力大),其壓力之差即是浮力.

實(shí)驗(yàn)原理分析:乒乓球開始為什么要浮起來?因?yàn)槠古仪虻南卤砻嬉步谒?水對球有一個(gè)向上的壓力.當(dāng)把乒乓球下表面的水放掉,此時(shí)乒乓球只有上表面受到向下的壓力,乒乓球的下表面沒有了向上的壓力,所以乒乓球不能浮起來.直到水面升到塑料管中且接近與瓶中液面相平,乒乓球的下表面又受到向上的壓力,并且下表面受到向上的壓力比上表面受到向下的壓力大,于是乒乓球又浮起來了.

實(shí)驗(yàn)說明:

(1)接一段玻璃管的目的是增加實(shí)驗(yàn)步驟3中水面上升時(shí)間,使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象容易觀察.在礦泉水瓶的頸部接根塑料管目的是操作實(shí)驗(yàn)步驟3時(shí),使乒乓球下部空氣自由排出,避免因空氣壓力使乒乓球提前上浮.并在步驟4時(shí)觀察什么時(shí)候乒乓球開始上浮.

(2)該演示實(shí)驗(yàn)不僅器材易得、操作方便、現(xiàn)象明顯、成功率很高,而且具有很強(qiáng)的趣味性和親和力,學(xué)生很容易被吸引到實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,學(xué)生通過互動(dòng),很快發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不僅能探究物理規(guī)律,還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力.

(3)該實(shí)驗(yàn)裝置還可以用來定性探究大氣壓強(qiáng)與氣體體積的關(guān)系,只要將排氣管夾住使氣體不排出.隨著水面升高,氣體體積減小,氣體壓強(qiáng)增大,最后使乒乓球浮起來.

附實(shí)物照片(如圖2).

圖2