探究阿基米德原理

孫光輝

提出問題 浮力的大小與什么因素有關(guān)？

提出問題是科學(xué)探究的第一步.如何引出問題，是本實(shí)驗(yàn)成功的前提.因此，在這一環(huán)節(jié)，我們可以設(shè)計(jì)一些小實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生人人動(dòng)手，從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題.如：給每組學(xué)生準(zhǔn)備一大杯水、一個(gè)空的礦泉水瓶，讓學(xué)生把空瓶子慢慢壓入水中，師問：“你感覺瓶子受到的浮力是否變化？”，生回答：“感覺瓶子受到的浮力在增大.”學(xué)生此時(shí)自然而然產(chǎn)生疑問：“浮力為什么會增大？浮力的大小與什么因素有關(guān)？”這樣的引入，學(xué)生對問題的體驗(yàn)是實(shí)在的、深刻的，但是略顯單薄.此時(shí)教師可以因勢利導(dǎo)，投影輪船、潛水艇、熱氣球等圖片，告訴學(xué)生這些物體在設(shè)計(jì)和制造的過程中，都需要對其受到的浮力進(jìn)行計(jì)算，從而將浮力的大小問題與社會聯(lián)系起來，讓學(xué)生認(rèn)識到這一問題的價(jià)值和重要性.

猜想與假設(shè) 師：“請你對浮力的大小與哪些因素有關(guān)提出猜想，并說出猜想的依據(jù).”

科學(xué)假設(shè)不是憑空猜想，要以一定的事實(shí)為依據(jù)，這些依據(jù)可以來自于已有知識和生活經(jīng)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等.教師可以讓學(xué)生分組討論提出猜想和假設(shè)，并說出猜想和假設(shè)的依據(jù).說出猜想依據(jù)是為了保證猜想的科學(xué)性，避免出現(xiàn)胡猜亂想的現(xiàn)象.

學(xué)生一般會從浮力的受力物體與施力物體入手進(jìn)行猜想，浮力大小可能與物體有關(guān)，也可能與液體有關(guān).學(xué)生可能猜想出與物體有關(guān)的因素：物體的體積、物體的密度、物體的質(zhì)量、物體的重力、物體的形狀、物體在液體中的深度等；與液體有關(guān)的因素：液體的密度、液體的多少、被物體排開的液體體積、被物體排開液體的質(zhì)量、被物體排開液體的重力等.

但是面對如此多的猜想，如何引導(dǎo)學(xué)生把探究的目標(biāo)鎖定在浮力的大小與物體排開液體的重力的關(guān)系上，從而得出阿基米德原理，這是教師普遍感到頭疼的教學(xué)難題.為了突破這一教學(xué)難點(diǎn)，教師要引導(dǎo)學(xué)生對提出的這些猜想進(jìn)行分析、歸類，去偽存真.教師可以參與并引導(dǎo)學(xué)生的討論.如教師可以問：“m排與ρ液和V排有關(guān)系嗎？G排與m排有關(guān)系嗎？F浮與G排的單位是相同的，所以，我們可以直接探究浮力與什么因素有關(guān)系.”通過以上討論，學(xué)生大都能做出科學(xué)的假設(shè)：浮力的大小可能跟物體排開液體的重力有關(guān)，物體排開的液體重力越大，受到的浮力越大.

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 教師要激發(fā)學(xué)生利用已學(xué)過的知識，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案.教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生充分討論，發(fā)揮他們的想象力，適時(shí)地加以引導(dǎo)和點(diǎn)撥，但是切忌教師包辦代替.教師要注意培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力、解決問題的能力和創(chuàng)新能力！一般來說，學(xué)生設(shè)計(jì)的方案可能有多種多樣，也不盡完善，這時(shí)教師要引導(dǎo)學(xué)生對這些方案進(jìn)行討論、比較，不斷地完善，最后選擇一至二套方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.

在探究阿基米德原理教學(xué)中，教師可以提出問題：“如何測量物體受到的浮力？”“如何測量物體排開液體的重力？”，然后引導(dǎo)學(xué)生通過討論，歸納出所需要的實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟和需要測量的物理量，并設(shè)計(jì)出記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格.

實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測力計(jì)、重物、盛有液體的大燒杯、溢水杯、空杯等.

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）用彈簧測力計(jì)在空氣中稱出重物的重力為G和空杯的重力為G杯.

（2）將溢水杯盛滿水（或其他液體），把重物浸沒在水中，用空杯承接從溢水杯中被物體排出的水，記下此時(shí)彈簧測力計(jì)的示數(shù)為F′.

（3）用彈簧測力計(jì)測出被物體排出的水和杯子的總重為G總.

（4）用稱重法求出物體所受的浮力F浮

=G-F ′和物體排開水的重力G排=G總-G杯，并比較F浮和G排的大小，得出結(jié)論.

記錄數(shù)據(jù)的表格：

進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，教師巡回指導(dǎo).在探究過程中，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的方案中可能有不完善的地方，教師要引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)地討論和修改.在實(shí)驗(yàn)過程中教師既要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作的能力，又要讓學(xué)生明白發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的重要性，同時(shí)要提醒學(xué)生及時(shí)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在事先設(shè)計(jì)好的表格內(nèi).

分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論 在一組實(shí)驗(yàn)完成后，發(fā)現(xiàn)F浮=G排.師問：“我們能否就根據(jù)這一組數(shù)據(jù)就得出浮力等于被物體排開液體的重力？”生回答：“不能.”教師此時(shí)應(yīng)進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生思考，如何改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，防止實(shí)驗(yàn)結(jié)論的偶然性？生可能回答“改變液體種類或?qū)⑽矬w部分浸入液體中”等.然后教師要指導(dǎo)學(xué)生修正、完善原來設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，研究物體浸沒在其他液體（如酒精、鹽水等）中或者將物體部分浸入液體中時(shí)物體所受的浮力和被物體排開液體重力之間的關(guān)系.學(xué)生再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，仍發(fā)現(xiàn)F浮=G排.

這時(shí)，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)果，總結(jié)浸在液體中的物體所受到的浮力與它排開液體的重力之間的關(guān)系為F浮=G排.教師要告訴學(xué)生，大家“發(fā)現(xiàn)”的規(guī)律就是著名的“阿基米德原理”.

評估與反思

2.提出問題：物體所受的浮力與物體的密度、物體的質(zhì)量（或重力）、物體的形狀以及物體進(jìn)入液體中的深度是否有關(guān)？教師啟發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，繼續(xù)探究上述問題.

實(shí)驗(yàn)1 探究浮力的大小與物體的密度、物體的質(zhì)量（或重力）的關(guān)系：把等體積的鐵塊和鋁塊分別浸沒在水中（保持ρ液和V排不變，二者的密度、質(zhì)量、重力不同），用彈簧測力計(jì)測出二者的浮力，比較它們所受的浮力大小，得出結(jié)論.

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)歸納得出：物體所受浮力的大小只與液體的密度ρ液和物體排開液體的體積V排有關(guān)，而與物體的密度、物體的質(zhì)量、物體的重力、物體的形狀及物體浸沒在液體中的深度等無關(guān).

3.教師在實(shí)驗(yàn)探究之后要引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行反思，比如實(shí)驗(yàn)探究過程中測量的數(shù)據(jù)是否有誤差？這些誤差對探究的結(jié)論是否有影響？有哪些措施可以減小誤差？實(shí)驗(yàn)的過程是否太復(fù)雜？能否簡化？等等.