利用自制教具突破《壓強和浮力》教學難點

楊樹梅

在蘇科版初中物理教材中，《壓強和浮力》一章內容是比較難學的，因為物理量多、關系復雜，學生容易誤入歧途.筆者在教學中利用自制教具及時補充一些實驗，對突破教學難點起到了較好的作用.這些實驗有的激發了學生的興趣；有的幫助學生進行想象和思考；有的介紹物理知識在生活中的應用；有的為學生解答練習中的疑難.本文介紹本章的自制教具和自創實驗，期望與廣大同仁相互切磋.

1在學習液體壓強時，采用“對比演示法”

教學中經常遇到如下習題：當把裝有半瓶礦泉水的瓶子傾斜或倒置后，水對瓶底的壓強有無變化？為了幫助學生進行想象和思考，[TP1CW38.TIF，X，BP#]筆者制作了如圖1所示的教具，并采用“對比演示法”.取兩個相同的飲料瓶，裝入等量的水（用紅墨水染色）.當把其中的一個瓶子傾斜（或倒置）時，學生可以清楚地看到瓶底的深度變小（或變大）了，從而容易得出“壓強變?。ɑ蜃兇螅钡恼_結論.

在“液體的壓強”新授課上，筆者還做了如下實驗：取一根兩端開口、長30 cm、直徑4 cm的玻璃管，在一端蒙上橡皮膜，倒入適量水.當把它從傾斜變為豎直時，學生看到橡皮膜明顯凸出來了，最后竟然變成球形，似乎“吹彈即破”，令人不由擔心.而“液體壓強隨深度增大而增大”的道理卻被學生牢記在心.

2在學習大氣壓時，做“打吊針”實驗

學生在作業中遇到了“打吊針”問題.為什么它是利用大氣壓工作的？為什么要在瓶口處插一根“導氣管”？怎樣防止“回血現象”？雖然學生多半打過吊針，但是對上述問題還是不理解.筆者于是制作了如圖2所示的模型，[TP1CW39.TIF，X，BP#]帶領學生觀察氣泡從導氣管“咕咕”流入，一直上升到瓶中液面的上方，而“藥水”則在大氣壓的作用下，沿著細管涓涓流出.因為瓶口處的壓強為定值[HJ1.45mm]（即外界大氣壓），這就保證了藥液能以不變的速度注入人體，不會出現先快后慢的情況.若發生“回血”現象，只需把瓶子舉高，增大藥水在針孔處的壓強即可.這套教具結構簡單，現象清楚，能引導學生仔細觀察和深入思考，從而消除疑惑.

3在初學浮力時，強化“浮力的大小與物體排開液體的體積有關”

實踐表明，學生們很難想到浮力的大小會與“物體排開液體的體積”有關.因為學生缺乏相關的生活體驗，或者不能把生活體驗與物理本質聯系起來.因此教師需要為學生補充這方面的體驗.筆者發動學生自制“下沉物體”做實驗，效果很好.[TP1CW40.TIF，Y#]如圖3，“下沉物”是在口香糖瓶中裝入石塊和水制成，具有易封口、不漏水、體積大等優點.課堂上教師引導學生著重觀察當物體慢慢浸入水中時，測力計的示數如何變化.由于物體體積大，受到的浮力大，測力計示數變化明顯.學生在親自實驗后，普遍加深了認識.筆者還增加了一個學生體驗項目——把空飲料瓶壓入水中.學生體驗到阻力逐漸變大，進而領悟到，這是由于瓶子排水體積增大，引起浮力增大，從而引起這種感覺.

4 糾正“扁平形狀物體受到浮力大”的錯誤觀點

不少學生認為，如果把鐵塊做成薄片形狀，就能使浮力增大而漂浮在水面.也許學生是錯誤地把“增大受力面積減小壓強”的知識遷移到此.為了澄清認識，筆者在課堂上做了對比實驗.如圖4，鐵皮做的盒蓋可以漂浮在水面，而被踩成鐵皮后就無法漂浮了.可見，把鐵塊做成薄片形狀并不能使浮力增大.而原先鐵皮盒蓋之所以能漂浮，是因為它類似于“輪船”，和薄片相比增大了排水體積——雖然這種“增大”不易察覺.

5解決“水面升降問題”

液面升降問題常常讓許多學生困惑：實心橡皮泥原來在水中下沉，把它做成船形便可漂浮在水面，那么浮力是變大了還是變小了？排水體積怎么變？容器內的水面將上升還是下降？因為用肉眼不易看出排水體積的變化，而理論推導又太復雜，所以造成學生理解的困難.筆者是這樣設計的：先展示實驗事實，再用理論推導跟進.[TP1CW42.TIF，Y#]如圖5所示，取一個厚底玻璃杯，使它漂浮在透明盛液桶內的水面上，在水面處用橡皮筋做好標記.再把玻璃杯推入水底，讓學生觀察水位是否有變化.學生看到水位明顯下降了，這說明玻璃杯的排水體積變小了.緊接著，教師借助實驗情景和學生展開思維的對話.

師：怎樣比較兩次浮力的大小？

生：可以采用“狀態法”來比較.原來浮力等于重力，后來浮力小于重力，所以浮力變小了.

師：玻璃杯的排水體積怎樣變化？

生：從實驗現象來看，是變小了.

師：能否從理論上分析為什么排水體積變??？

生：因為浮力與排液體積成正比，從浮力變小必然能推出排水體積變小，從而引起了水面下降.

師：講得好.大家還記得以前學過“輪船的原理”嗎？如果是實心的鐵塊，即使做成鐵皮，也會沉入水底，但是做成空心狀，通過增大排水體積就可以增大浮力，從而使它漂浮在水面.大家不妨把這個玻璃杯想象成輪船，把前后知識聯系起來，看看是不是這個道理？

筆者認為，利用自制教具和輔助實驗可以促進學生積極思考和主動學習，從而順利突破難點.

6改進“潛水艇模型”“潛水艇”是浮沉條件的一個重要應用.筆者在以往自制潛水艇模型的基礎上又做了改進.如圖6所示，取一個無色透明硬質塑料小瓶，在底部中央鉆一個孔，再在瓶子底部綁一個鉤碼.取一個塑料針筒，用軟管把針筒和小瓶連接起來，于是一個可以在水中直立并自由沉浮的潛艇模型就做好了.它有以下優點：（1）開口朝上，可以直立在水中且升降自如；（2）瓶子體積較大，其內部水量的變化清晰可見；（3）用針筒打氣、抽氣代替人用嘴吹氣、吸氣，更衛生，而且可以把“吹氣”、“吸氣”步驟交代得很清楚.

7改進“浮沉子”實驗

“浮沉子”是一個有趣的實驗，筆者對此實驗也進行了改進.如圖7，用膠頭滴管代替棕色口服液小瓶.當用力捏塑料瓶時，滴管中水位的變化清晰可見.筆者在調試過程中發現兩個問題：一是“滴管內的水面上升導致看不見水面”；二是欲使滴管下沉需要用很大力氣捏塑料瓶.解決它們的辦法很簡單：把膠頭下移，讓其僅僅充當玻璃管的“封蓋”.建議選用質量優良的綠色雪碧瓶做這個實驗.只需用手稍稍用力一捏、一放，就可以讓滴管“聽話地”下沉、上浮.實驗簡單，魅力無窮.學生樂此不疲，臉上寫滿驚訝和喜悅.

8自制演示密度計

“密度計”是浮力知識的重要應用，也是浮力部分的難點之一.學生總認為同一密度計漂浮在密度大的液體中時受到的浮力大，而不去考慮它在不同液體中排液體積是否有變化.筆者認為，關鍵是要讓學生意識到“排液體積已改變”.[TP1CW45.TIF，Y#]在進行這一部分教學時，筆者先展示了如圖8的自制演示密度計.（選用大號油性筆，在下端纏繞幾圈粗銅絲制成.）當把它分別漂浮在水和鹽水中時，升降對比超過1 cm.因其色彩鮮艷、筆身粗大，兩次對比明顯.依托實驗現象，教師就容易和學生展開交流從而突破這個難點了.

自制教具因其取材方便、設計簡單、現象明顯，往往能收到理想的教學效果.又因為它“接地氣”，拉近了師生間的距離，便于創造和諧的課堂氣氛.學生享受到思考的樂趣和成功的喜悅，教師教學起來也倍感輕松.自制教具，何樂而不為.