改進實驗：探究浮力產生的原因

程生銀

摘 要：本文重點論述了改進后實驗的實驗過程和課本實驗的實驗過程，通過對二者進行對比，得出了改進實驗更易直觀地探究出浮力產生的原因及不產生浮力的情況，實驗過程符合學生的認知規律，學生更容易接受。

關鍵詞：浮力；浮力產生的原因；演示裝置

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2016）32-0233-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.32.148

一、課本實驗過程和意圖

八年級下冊物理探究浮力產生的原因，課本實驗的思路是直接通過如圖1所示實驗裝置，研究水平方向受到的壓力情況和豎直方向受到的壓力的情況，先把上下底面是橡皮膜的玻璃圓筒水平放置，讓學生觀察前后放置時玻璃圓筒橡皮膜的凹陷情況和左右放置時玻璃圓筒橡皮膜的凹陷情況，從而讓學生得到水平方向受到的壓力都是平衡力，不是浮力產生的原因，然后再把上下底面是橡皮膜的玻璃圓筒豎直放置，讓學生觀察上下玻璃圓筒橡皮膜的凹陷程度，得到上下底面受到的壓力不平衡，從而得出浮力產生的原因：浸在液體中的物體上下表面存在壓力差，這個壓力差就是浮力。

二、課本實驗存在的不足

第一，教師在演示課本實驗時，學生還意識不到通過研究物體各面受到的壓力情況來研究浮力產生的原因，也沒有形成知識準備，這種情況下，直接去觀察實驗，接受效果自然較差。

第二，課本實驗沒有探究出不產生浮力的情況，沒有將浮力產生的原因做進一步拓展，導致學生在解決相關不受浮力的問題時很困難。

第三，課本實驗次數較多，導致教師不能很好地利用課堂教學時間，提高教學質量。

第四，在探究浮力產生的原因時，學生通過觀察不能很好地理解浮力產生的原因，從而在分析相關問題時容易出錯。

三、改進方案

為了加深學生的理解，突破難點，提高學生分析和解決問題的能力，本實驗方案從以下方面進行了改進。

第一，改進了實驗裝置，用一個自制裝置（如圖2），有大小兩個水槽組成（小水槽底部有個正方形的開口），還有正方體木塊、上下左右被橡皮膜包裹的空心立方體、注水管和水。

第二，改進了實驗過程，先把大小兩個水槽組成的裝置水平放置，然后把正方形木塊放到小水槽正方形開口處，在小水槽中注入水，正方形木塊不上浮（如圖3所示）。實驗結果出乎學生預料，沒想到木塊在水中沒有浮起來，讓學生很好奇，這樣可以激發學生求知欲。這時候，教師因勢利導，引導學生分析正方體木塊的受力情況，激發了學生的求知欲望。根據分析，學生會發現正方體木塊受到兩類力的作用：一是重力，但重力方向豎直向下，而浮力方向豎直向上，所以它不是產生浮力的原因；二是壓力，正方體受力情況是，左右兩個壓力，前后兩個壓力，都是平衡力，上表面受到向下的壓力，而下表面沒有受到水向上的壓力，所以木塊沒有上浮。給大水槽注入水，當水上升到一定程度時，木塊浮起來了。這樣就可以讓學生明白浮力產生的原因可能與木塊各表面受到的壓力有關，從而讓學生從壓力的角度去探究浮力產生原因。

接下來再用上下左右包了橡皮膜的空心立方體去探究浮力產生的原因。有了前面的分析，學生就有了思路。具體做法：把該空心立方體放在小水槽的正方形開口處（如圖4）所示，在小水槽中注入水，觀察空心立方體各面的受力情況，會發現左右兩個面橡皮膜凹陷程度一樣，說明左右兩個面受到的壓力相等，是一對平衡力。前后面和左右面在液體同一深度，受到的壓力相同，前后面受到的壓力也是一對平衡力。再觀察上下兩個面受到的壓力情況，上表面橡皮膜凹下來了，下表面橡皮膜是平的，說明上表面受到了液體對物體向下的壓力，下表面沒有受到液體對它的壓力，故合力向下，不會產生豎直向上浮力。接下來在大水槽中注入水，水面與小水槽底部相平，空心立方體橡皮膜受力情況和剛才相同，沒有受到浮力。

繼續注入水，我們會發現下表面的橡皮膜開始不斷地凹下去，直到下表面橡皮膜跟上表面橡皮膜凹陷程度相同時，可看到左右凹陷程度沒變，左右前后受到壓力沒變，而上下凹陷相同，故上下兩個壓力合力為零，這時候也沒有受到浮力。在下表面凹陷比上表面凹陷小時，說明上表面受到的壓力大，下表面受到的壓力小，合力向下，也沒有產生浮力。所以，沒有產生浮力的第二種情況是：物體的下底面如果受到向上的壓力小于等于向下的壓力時，物體也不會受到液體向上的浮力。

繼續注入水直到大水槽的水面跟小水槽的水面相平（如圖5所示），觀察空心立方體橡皮膜凹陷情況，我們會發現左右沒變，上表面也沒變，只有下表面的橡皮膜凹陷程度變大且大于上表面的凹陷程度，這說明下表面的壓力大于上表面的壓力，這個壓力差這就是第一個實驗中木塊上浮的原因，也就是浮力產生的原因，從而就可得出浮力產生的原因是：浸在液體中的物體上下表面受到的壓力差。這不但讓學生清楚地認識到了浮力產生的原因，而且明白了浸在液體中的物體不受浮力的情況，使得該知識得到了升華。

對浮力產生原因實驗的改進，在實際授課過程中不僅達到了良好的實驗效果，還加深了學生對浮力的認識，提高了學生分析和解決問題的能力，取得了意想不到的效果。

[責任編輯 房曉偉]