陳藝 楊新宇

(湘鄉(xiāng)市太平中學(xué) 湖南 湘潭 411411) (湘鄉(xiāng)市教育發(fā)展中心 湖南 湘潭 411411)

“實驗探究浮力的大小”是教科版八年級下冊第十章第3節(jié)，教材設(shè)計的實驗內(nèi)容包括“實驗探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”和“實驗探究浮力的大小與排開液體的重力的關(guān)系”．這是初中階段力學(xué)實驗中的難點，也是重點，教師在進行這部分教學(xué)時，需要克服諸多困難，如器材的搜集與準(zhǔn)備、實驗原理的分析、實驗操作的指導(dǎo)、實驗結(jié)論的推導(dǎo)，等等．任何一個環(huán)節(jié)沒有處理好，都不能讓學(xué)生理解和掌握浮力的真正內(nèi)涵．

1 教材實驗設(shè)計的不足之處

在本章前面兩節(jié)知識的基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)對浮力的大小、方向、產(chǎn)生原因和基本的“稱重法”有了一定的了解，教材原實驗由阿基米德洗澡的故事引入，引導(dǎo)學(xué)生思考浮力的大小可能與深度、物體密度、液體密度、物體體積等有關(guān)，原實驗設(shè)計如圖1所示.實驗記錄表格如表1所示.

圖1 實驗探究浮力的大小教材設(shè)計圖

液體鐵塊鋁塊大鐵塊清水濃鹽水

(1)實驗器材繁雜

基于控制變量法的應(yīng)用，教材設(shè)計的實驗要用到的實驗器材繁多，為了探究是否與物體密度有關(guān)，需要用到鋁塊、鐵塊．又為了探究是否與物體體積有關(guān)，還需要準(zhǔn)備邊長不同的鐵塊．這里實驗對象就有3種．為了探究是否與液體密度有關(guān)，就需要用到清水和濃鹽水．再加上彈簧測力計、細(xì)繩、燒杯等等．實驗器材就比較繁雜了，從教師的課前實驗準(zhǔn)備來說，增大了負(fù)擔(dān)而且容易少拿或錯拿，影響實驗進度．

(2)實驗步驟繁多

為了一一探究以上猜想，需要進行的實驗步驟有點多，邊長不同的鐵塊和鋁塊共3塊，都需要先測量重力，再先后放入兩種不同的液體中，對比彈簧測力計的讀數(shù)變化，再得出浮力的大小，這里就有6個步驟．而且操作順序不能出錯，對學(xué)生來說，容易出現(xiàn)反復(fù)和重復(fù)的差錯，影響實驗操作和結(jié)論．

(3)實驗誤差過大

實驗過程中，物塊掛在彈簧測力計下端在不同的液體中一進一出，多次實驗下來，帶來的誤差就比較大，表格中一旦有數(shù)據(jù)出錯，可能得到相反的結(jié)論．

2 實驗的改進和創(chuàng)新

2.1 實驗器材的改進

自制“浮力大小測量儀”實驗器材，如圖2所示.

圖2 自制的浮力大小測量儀

這個自制的浮力大小測量儀是采用木頭打造了底座和架子，將兩支完全一樣的彈簧測力計固定在豎直方向，放上一個重錘線，就可以用來測量豎直方向的力的大?。鬃戏乓粋€手動升降臺，升降臺上放一個溢水杯和方便懸掛的小燒杯，以一個四等分圓柱體為研究對象，圓柱體內(nèi)部可以打開，可放入不同的填充物質(zhì)．

這樣的實驗器材制作，在以下幾個方面改進，如表2所示.

表2 實驗改進

2.2 實驗數(shù)據(jù)記錄表格的改進

由教材原實驗數(shù)據(jù)記錄表格改成如表3所示橫縱向表格，可以從一組數(shù)據(jù)進行分析改進為橫向縱向數(shù)據(jù)的對比分析，更明了，更簡潔．

表3 新設(shè)計的實驗記錄表格

2.3 實驗步驟的改進

改進了實驗器材和實驗數(shù)據(jù)記錄表格，實驗步驟就更簡便，如下：

(1)組裝好實驗裝置，兩支彈簧測力計均調(diào)零．

(2)用彈簧測力計甲測出圓柱體的重量G0和空小燒杯的重量G，并將數(shù)據(jù)記錄在表格中．

(3)往溢水杯中緩慢地倒入清水，直至剛要溢出．將小燒杯放在溢水口的正下方．

(5)將接有溢出水的小燒杯掛在彈簧測力計甲的下方，測得他們的總重量G1，并記錄在表格中．

(6)繼續(xù)緩慢提升升降臺，觀察彈簧測力計乙的示數(shù)變化，重復(fù)步驟(4)和(5)．

(7)將溢水杯中的清水換成濃鹽水，重復(fù)步驟(3)～(6)．

(8)分析實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論．

(9)拆解實驗裝置，將實驗器材平放在桌面上．

2.4 改進和創(chuàng)新的優(yōu)點體現(xiàn)

2.4.1 實驗誤差的減小

(1)實驗中把手持彈簧測力計換成了固定彈簧測力計，改用升降臺使圓柱體浸入液體中，降低了由于手的晃動帶來的讀數(shù)誤差．

(2)將不同體積的鐵塊分別浸入不同密度的液體，改成了用同一個圓柱體浸入不同等分的體積，且浸入體積成倍增加，降低了由于反復(fù)多次進出液體中帶來的誤差．

(3)一組數(shù)據(jù)對比分析誤差較大，改進后的實驗數(shù)據(jù)分析表格，可從多個維度進行分析，從定性到定量的跨越，使結(jié)論更具有說服力．

2.4.2 實驗后期收獲

根據(jù)對實驗數(shù)據(jù)的分析，還可以得出浮力的大小與排開液體重力的關(guān)系，為后面第二課時的實驗“阿基米德原理實驗”打下了理論與實踐的雙重鋪墊．

2.4.3 學(xué)生能力的培養(yǎng)

根據(jù)改進后的實驗裝置設(shè)計的實驗步驟，更注重鍛煉學(xué)生的操作能力，每一步操作都需要熟練的手法，同時還需要注意細(xì)節(jié)．比如彈簧測力計的估讀、升降臺的控制、溢水杯口的等待、彎腰注意圓柱體等分線的浸入等等．還增強了學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析處理能力．?dāng)?shù)據(jù)表格的處理能夠讓他們自己得出實驗數(shù)據(jù)．這個實驗?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)細(xì)致以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄克季S．

最后，改進后的實驗也還存在不足之處，比如，溢水杯中溢出的液體不能完全收集到也會導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)存在誤差．圓柱體內(nèi)部填充物質(zhì)的更換是實驗操作的易錯環(huán)節(jié)．其次，升降臺的上升空間有限，不能很好地完成浮力的大小與深度無關(guān)的探究．

實驗探究浮力的大小，是學(xué)生實驗中的重難點，在實驗方面進行的改進，只為了更好的操作和理解，以達(dá)到學(xué)好浮力相關(guān)知識點的目的，教師在實驗教學(xué)過程切不可因為實驗復(fù)雜、實驗難、沒時間而不做這個實驗或者組織學(xué)生觀看一下影像資料達(dá)到教學(xué)目的，本次實驗改進旨在幫助教師和學(xué)生化解浮力學(xué)習(xí)中存在的困難，并能幫助學(xué)生學(xué)會探究，愛上探究，從而養(yǎng)成科學(xué)探究的思維．