物體沉浮的條件及應用教學探究

謝榮瑜

【摘要】本文論述了教師引導學生明確概念的界限，把握物體沉浮的實質，合理地探究應用過程，化繁為簡，幫助學生有效地掌握物體沉浮的條件及應用，提高物理教學效果。

【關鍵詞】初中物理 沉浮條件 教學探究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）02A-0074-01

在浮力一章，對于物體沉與浮的理解及其應用一直是教學的重點和難點，關于沉與浮關系的界定與實際聯系的應用問題也一直是歷年中考的常見題型。但筆者發現，教師對沉浮相關知識的講解更習慣分情況探討沉浮的條件，羅列對應公式，再利用大量練習題強化學生對知識的理解，這樣教學容易導致學生混淆情況復雜的沉浮關系，從而對物理學習產生倦怠感。其實沉與浮的關系并沒有那么復雜，教師只需引導學生明確概念的界定，把握沉浮的實質，科學探究應用過程，化繁為簡，就能幫助學生有效地掌握沉浮的條件和應用。

一、探究實質，厘清沉浮的相關概念

在這個過程中教師首先要明確什么是初中生要掌握的“沉與浮”，因此，引導學生厘清沉與浮的相關概念就顯得非常重要了。為了迎合初中生的認知規律，在講解類似沉與浮相對性較強的概念時，教師可采用“排除法”讓學生準確地理解目標概念，排除相關概念的干擾。

在《沉與浮》一節中所涉及的幾個概念（即上浮、懸浮、下沉、漂浮、沉、浮），它們在實驗中的表象相似又相對，極易對學生的認知產生干擾和迷惑。教師可采用排除法依次對概念進行梳理：對于上浮和浮，教材所給出的定義是浮力大于重力時，物體上浮。很明顯，這里的上浮指的是一個運動的狀態，而我們理解的浮則是一個物體漂浮于水面的靜止狀態，可見浮不等同于上浮。同理，下沉與沉也是如此。在初中物理教學中，我們研究的是物體僅受到重力和浮力的影響，以及物體由靜止發生上浮和下沉的條件，而懸浮和漂浮是在力的平衡狀態下，物體在水（空氣）中的特殊情況，不屬于上浮和下沉的過程。這樣，學生明確了沉浮的條件是物體運動的條件，有效地排除了相對靜止和相對運動的干擾，為接下來條件的判斷在思路上獲得了清晰的認知。

二、挖掘實質，掌握沉浮的對應條件

通過厘清沉浮的相關概念，我們對沉與浮一節的下一個學習目標更加明確：沉浮的條件是什么？談及對條件的學習，我們會聯系到分情況討論。因此，教師要引導學生探究物體發生沉浮的決定因素和影響因素，這時，教師可以積極地采用聯想教學的方法，引導學生挖掘內容實質，加深對知識的掌握和內化。

通過對阿基米德原理的學習，我們知道浮力與重力的關系決定了物體在液體或氣體中的沉與浮。所以可以結合阿基米德原理對相關影響因素進行推導。物體在水中懸浮時，浮力與物體重力相等，即F浮=G物，因為F浮=ρ液gV排和G物=m物g，可以得出m物g=ρ液gV排的關系，又因為m物g=ρ物V物g，所以可以得到ρ液gV排=ρ物gV物的等式關系；對于物體懸浮的特殊情況，物體排開液體的體積等于物體的體積，即V排=V物，所以可以得出物體在懸浮時，物體密度與液體密度ρ液=ρ物的特殊關系；當物體由懸浮開始上浮時，此時物體的浮力大于重力，則ρ液>ρ物；而當物體由懸浮開始下沉時，此時物體的浮力小于重力，則ρ液<ρ物。

通過聯想教學，幫助學生利用數學關系，掌握了物體發生沉浮的決定因素和影響因素。

三、運用實質，破解沉浮的實際應用

在現實生活中我們可以發現很多利用浮力原理進行實際的應用，如飛艇、潛艇等，它們也反映出通過控制物體的重量或密度實現飛艇或潛艇的升降。但在教學中教師要將實際模型抽象為物理模型，通過受力分析，運用物體沉浮的實質來解決物理問題。

例：一根繩子向上拉著一個實心鋁球浸沒在一個水槽中，鋁球的體積為1×103cm3，鋁球的密度為已知，求鋁球浸沒在水中時繩子的拉力是多少？解析：由受力情況可知，鋁球浸沒在水中時豎直向上F拉+F浮的和等于豎直向下的鋁球的重力，即：F拉+F浮=G球，所以F拉=G球-F浮，又因為浸沒時V排=V球，所以F拉=（ρ球-ρ水）·V排·g（解題過程略）。變式一，如果繩子承受的最大拉力為20N，鋁球露出水面多少體積時，繩子被拉斷？解析：拉斷時，繩子達到最大的承受拉力，同樣F拉+F浮=G球，則F浮=G球-F拉，而F浮=ρ液gV排，所以G球-F拉=ρ液gV排，得出V排，可以求出露出的體積。變式二，將鋁球改為乒乓球，拉力的方向改為向下，求乒乓球浸沒在水中時繩子的拉力是多少？解析：因為F浮=G球+F拉，所以F拉=F浮-G球，則F拉=（ρ水-ρ球）·V排·g。這樣教學讓學生對浮力的應用有了更深刻的理解，提高了教學效率。

綜上所述，物體的沉浮及應用的學習要求我們在厘清概念的基礎上，明確變化過程的實質，歸納影響變化的因素，整合出應對實際問題的方法，通過原有知識的聯想和變式練習，加深了學生對物理知識的深化和理解。

（責編 林 劍）