■余榮興

創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)提升核心素養(yǎng)
——“浮力”教學(xué)實(shí)錄與反思

■余榮興

一、課堂實(shí)錄

1.創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課。

師：最近網(wǎng)絡(luò)上瘋傳這兩句話：“厲害了，我的船！厲害了，我的國！”這究竟是怎么一回事呢?現(xiàn)在我們一起來了解一下。（教師播放2017年4月26日我國首艘航母在大連港下水儀式的新聞報道。學(xué)生觀看國產(chǎn)航母下水視頻，了解國產(chǎn)航母比“遼寧號”航母能承載更多的艦載機(jī)。接著，教師用航母模型在教室講臺上的水盆里模擬下水儀式。）

師：國產(chǎn)航母能承載更多的艦載機(jī)，說明它受的重力更大，但它卻可以平穩(wěn)地停在海面上，這說明水對航母有什么作用？

生1：有浮力的作用。

師：是的，而且這個浮力還非常大，那為什么國產(chǎn)航母能受到這么大的浮力呢？大家想不想知道？

生眾：想！

師：那好，就讓我們一起踏上浮力知識的探究之旅吧?。ń處煱鍟n題。）

2.小組合作，探究新知。

活動1：體驗(yàn)浮力。

師：首先，讓我們一起來感受一下浮力的作用。請各小組（兩人一組）把綠色收納箱里的塑料袋打開，再把里面的物體放入裝有水的透明水槽里。（學(xué)生觀察現(xiàn)象并動手體驗(yàn)浮力的作用。）

師：通過剛才的體驗(yàn)，你們觀察到了什么？

生2：我發(fā)現(xiàn)木塊、塑料塊浮在水面上，金屬塊、石塊沉入水底。

生3：我用手把木塊、塑料塊往下壓，我的手感覺到一個向上的作用力，木塊和塑料塊受到了浮力的作用。

師：金屬塊、石塊沉入水底，那它受不受浮力的作用呢?

生4：受浮力的作用。

師：它下沉了怎么還受浮力的作用呢？請同學(xué)們自選桌上的器材動手實(shí)驗(yàn)一下。（各小組利用彈簧測力計進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并在學(xué)案表格上記錄數(shù)據(jù)。）

師：分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？（學(xué)生匯報測量結(jié)果：彈簧測力計的示數(shù)變小了，說明水中物體的“重量”變小了，水對金屬塊有向上的浮力。）

設(shè)計意圖：學(xué)生利用彈簧測力計探究，由定性分析逐漸向定量分析過渡。

活動2：學(xué)習(xí)浮力的概念。

（教師讓學(xué)生根據(jù)剛才的體驗(yàn)，自主總結(jié)什么是浮力，學(xué)生交流回答。）

師：很好?。ń處煱鍟×Χx。）那浮力的方向是怎樣的?

生5：向上的。

師：如果把一個系有乒乓球的大燒杯放在斜面上，那乒乓球所受的浮力方向又是怎樣的呢？（教師演示，如圖1。）

圖1

生6：浮力的方向還是向上的，而且與水平面垂直即為豎直向上。

師:很好！請同學(xué)們回顧一下剛才測量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，自主總結(jié)測算浮力的表達(dá)式并寫在學(xué)案上。

生7：一種測算浮力的方法叫稱重法，表達(dá)式為：F浮=G-F。

活動3：再次體驗(yàn)浮力。

師：同學(xué)們，剛才大家通過探究學(xué)習(xí)知道了什么是浮力，也知道了如何測算浮力的大小，現(xiàn)在我們再次體驗(yàn)一下浮力的作用，看看大家有沒有新的發(fā)現(xiàn)。請同學(xué)們從綠色收納箱里拿出礦泉水瓶，放入水槽中，按照圖示要求體驗(yàn)，感受有什么不同？（教師投影具體做法和要求。學(xué)生拿出礦泉水瓶，將瓶蓋旋緊的礦泉水瓶浸入一半或完全浸沒在水中，體驗(yàn)浮力并相互交流。）

設(shè)計意圖：訓(xùn)練學(xué)生有依據(jù)的猜想及合理推理的能力。

活動4：探究影響浮力大小的因素。

師：浮力的大小可能與哪些因素有關(guān)？請同學(xué)們根據(jù)剛才的體驗(yàn)提出猜想，并說出猜想的依據(jù)。

生8：可能與瓶子浸在水里的體積有關(guān)，因?yàn)閯偛艑⑵孔尤拷氡冉胍话胍M(fèi)力。

生9：可能與瓶子浸入水中的深度有關(guān)。因?yàn)閷⑵孔油聣旱迷缴钤劫M(fèi)力。

生10：可能與排開水的體積有關(guān)。因?yàn)閷⑵孔油聣焊M(fèi)力，同時水槽的水面上升了。

生11：可能與接觸水的面積有關(guān)。因?yàn)閷⑵孔油聣焊M(fèi)力，同時接觸水的面積更多了。

師：同學(xué)們的猜想都很好，依據(jù)也很充分，還可能與哪些因素有關(guān)？（教師將學(xué)生回答的因素列在黑板上。）

生12：還可能與液體的密度有關(guān)，比如人能夠躺在死海里看書。（教師演示：將雞蛋分別放在水里和鹽水里。）

師：很好，我們先來探究浮力與深度的關(guān)系。請各組拿出大圓柱體、測力計進(jìn)行探究。

生13：將圓柱體完全浸沒水中不同深度，測力計示數(shù)不變，說明浮力與深度無關(guān)。

師：那為什么老師剛才看到大圓柱體在沒有完全浸沒前，深度增加，浮力變大了？

生14：因?yàn)橥耆]前，深度增加時，浸入水中的體積變大，這時有兩個變量，不一定是深度變化引起的。其實(shí)，圓柱體底面積不變，深度增加本質(zhì)是引起了浸入水中體積的變化。

師:這位同學(xué)分析得非常好！大家掌聲鼓勵一下！

師：好，我們再來探究浮力與接觸面積是否有關(guān)。（教師演示：將兩個面積一樣大的鐵皮同時放入水槽中，其中一個四周折起。面積大的下沉，折起的面積小反而浮起，浮力大，與剛才體驗(yàn)的接觸面積大浮力大相矛盾，說明與接觸面積無關(guān)。）

師：那還與物體的密度有關(guān)嗎？

生15：有關(guān)，因?yàn)殍F塊容易沉下去，塑料塊容易浮起來，它們的密度不同。

師：有哪位同學(xué)有不同的意見？

生16：我認(rèn)為與物體的密度無關(guān)。因?yàn)橥ㄟ^剛才測得的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，小銅圓柱體和小鋁圓柱體密度不同，但浮力都是0.1N。

生17：可能與物體的體積有關(guān)。通常體積大的容易浮起來，浮力大。

師：好，還有哪位同學(xué)有不同的意見？請說說看。

生18：我認(rèn)為與物體體積無關(guān)。我們可以這樣做：把相同的兩個圓柱體綁在一起和其中一個圓柱體比較，都浸沒一個圓柱體在水中，用稱重法測算浮力，發(fā)現(xiàn)浮力都是0.1N，所以與物體體積無關(guān)。

生19：可能與物體的質(zhì)量有關(guān)。通常重的物體容易下沉，輕的物體容易上浮。

師：剛才的兩個圓柱體一個是銅的，一個是鋁的，體積相同，密度不同，即質(zhì)量不同，但是測得的浮力相同，都是0.1N，所以與質(zhì)量無關(guān)，也就是與重力無關(guān)。通過以上的猜想，我們可以歸納得出浮力的大小可能與物體排開液體的體積和液體的密度這兩個因素有關(guān)，到底是什么關(guān)系？我們通過實(shí)驗(yàn)具體進(jìn)行探究。

3.進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出規(guī)律。

教師投影實(shí)驗(yàn)器材圖片：彈簧測力計、水槽、水、大圓柱體、裝有鹽水的水杯。學(xué)生對照圖片，討論選哪些器材能探究與ρ液有關(guān)，選哪些器材能探究與V排有關(guān)，并自選器材，分別設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案。兩人一組，小組合作動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在學(xué)案對應(yīng)的表格中。教師可參與到學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)中，共同完成實(shí)驗(yàn)并收集數(shù)據(jù)。

綜合兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)論，師生共同歸納得出浮力的大小與物體排開液體的體積和液體的密度有關(guān)，并填寫在學(xué)案上。

活動5：驗(yàn)證阿基米德原理。

師：剛才同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)探究得出了浮力的大小與V排和ρ液之間的定性關(guān)系，那浮力與這兩個量之間有沒有具體的定量關(guān)系呢？

生20：有。早在兩千多年前，古希臘的科學(xué)家阿基米德就進(jìn)行了深入的研究，得出了阿基米德原理。

師：很好，但是老師對阿基米德原理有點(diǎn)質(zhì)疑，課前讓兩名同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，制作了一個微課，請大家來看一看。（教師播放錄制剪輯的3分鐘的微課。學(xué)生認(rèn)真觀看并理解，接著閱讀課本，填寫學(xué)案上的阿基米德原理。）

設(shè)計意圖：從定性的認(rèn)識向定量的認(rèn)識過渡，讓學(xué)生加深理解阿基米德原理。

二、實(shí)驗(yàn)拓展

師：請思考回答：如圖2，為什么向裝滿水的溢水杯中加上重物后，電子臺秤的示數(shù)仍然不變？

生21：把圓柱體放入到溢水杯中，它受到水向上的浮力，根據(jù)力的作用是相互的，圓柱體對水有向下的壓力，其大小等于浮力。同時，從溢水口溢出了等重的水拿走了，大小等于浮力，所以，總的示數(shù)不變。

圖2

圖3

4.當(dāng)堂評價。

（自編題）如圖3所示，中國第一艘國產(chǎn)航空母艦，艦長325m、艦寬77 m，能搭載70余架各型艦載飛機(jī)，滿載時排水量達(dá)86500t。

請問：（1）它滿載時所受的浮力為______N（g取10 N/kg）；（2）當(dāng)艦載飛機(jī)著艦后，浮力將______（選填“不變”“變小”或“變大”）。

5.課堂小結(jié)與課后作業(yè)。

師：請同學(xué)們談?wù)勍ㄟ^今天這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有哪些新的收獲？你還有哪些疑問？

教師發(fā)放準(zhǔn)備好的水袋作為“小禮物”，讓學(xué)生課后利用水袋繼續(xù)探究浮力。

三、教后反思

對于本節(jié)課，我覺得探究影響浮力大小的因素的教學(xué)，還可以放得更開一點(diǎn)，讓學(xué)生暢所欲言，猜出更多的影響因素，給學(xué)生更多的自主，課堂更開放，更生態(tài)，更能突出學(xué)生的主體地位，這樣效果會更好。在以后的教學(xué)中，我會更加注重這方面的專項(xiàng)訓(xùn)練。

（作者為江蘇省新沂市第一中學(xué)教師）