“探究浮力大小影響因素”實驗的改進

魏菊萍

[摘 要]探究浮力大小的影響因素是一個重要的實驗，能有效幫助學生理解影響浮力大小的因素，對浮力這節的教學有重要作用。在實際教學中，教師可將該實驗設計為家庭實驗，以提高學生學習物理的興趣和自主學習能力。

[關鍵詞]浮力；探究；家庭實驗

[中圖分類號] G633.7 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058（2017）32004602

浮力是初中物理的難點和重點內容，每當學到影響浮力大小的因素有哪些時，學生常會對以下因素對浮力的影響感到模糊不清：1.物體浸入液體的深度；2.物體的體積；3.物體排開液體的體積；4.物體浸入液體的體積；5.液體的密度；6.物體的質量；7.物體的密度；8.物體的重力。雖然在課堂教學中教師運用相關的理論知識，結合生活實際進行了嚴密推理，或通過實驗進行了必要的演示，但有不少學生，由于生活經驗不足或是上課時，精力不夠集中，課堂教學中的論證、演示過程，并不能給學生留下深刻的印象，從而阻礙學生對前后知識點的融會貫通。

美國華盛頓國立圖書館墻上寫有三句話：“我聽見了，但可能忘掉；我看見了，就可能記住；我做過了，便真正理解了”。突破疑點，動手實驗是最好的辦法，為此教師可設計該家庭實驗，讓學生利用日常生活中的物品進行相關實驗。在初中物理《浮力》教學中，可將《探究影響浮力大小的因素》設計成家庭實驗，布置給學生，讓學生在家利用日常生活中的物品進行實驗，探究影響浮力大小的因素，以幫助學生深刻理解浮力知識。此外，本實驗是浮力第二課時的內容，通過本實驗還可復習上節課學習的浮力測量方法——稱重法。實驗所需器材及過程如下。

【器材準備】

細線若干、量程為5牛的彈簧測力計1個（可向教師借）、相同型號的墨水瓶2個、透明的大礦泉水瓶2個、泥沙若干、彈珠若干、蔗糖若干、清水。

器材處理：

1.制作液體容器：將2個透明礦泉水瓶剪去上部瓶口，保留大部分的瓶身，撕去表面的包裝膜。

2.制作沉水重物：取兩個相同的空墨水瓶，一個裝滿清水，另一個裝滿泥沙和彈珠，蓋緊瓶蓋。

3.在墨水瓶頸處綁上細線，方便測力計勾住墨水瓶，用稱重法測量浮力。全部器材如下圖所示。

【實驗過程】

猜想：物體排開液體的體積就等于物體浸入液體的體積。

實驗1：用彈簧測力計鉤住盛滿清水的墨水瓶，緩慢浸入裝有適量清水的去蓋礦泉水瓶中，直至浸沒，并加大深度，觀察測力計讀數變化。

現象描述：測力計讀數逐漸變大，至重物完全浸沒后，測力計示數穩定不變。

分析：浸沒后，加大深度，但彈簧測力計的示數大小不變，說明“物體浸入液體的深度與浮力大小無關”；彈簧測力計的示數只在物體完全浸沒前才變化，說明浮力與物體排開液體的體積有關。

實驗2：將同一個盛滿清水的墨水瓶，依次浸入裝有等量的糖水和清水的瓶中，其中糖水的密度為1.23g/cm3，直至浸沒，觀察測力計讀數變化，記錄數據并完成下表。

實驗分析：對比發現，在不同密度的液體中，物體所受浮力大小不同，且液體密度大，物體所受浮力也大。說明浮力大小與液體密度有關，且液體密度與浮力大小呈正相關關系。

實驗3：將兩個分別盛有清水和糖水的墨水瓶，依次浸入到同一個裝有適量清水的容器中，直至浸沒，觀察并記錄測力計讀數，完成下表。

實驗分析：對比發現，兩組實驗中所測得浮力大小相等，說明浮力大小與物體的質量、密度或重力三個因素無關。

綜合上述分析可知，物體所受浮力大小僅與物體排開液體的體積（或是物體浸入液體的體積）和液體的密度這兩個因素有關，而與物體的體積、物體浸入液體的深度（物體完全浸沒后）、物體的質量、物體的密度等因素無關。

【實驗亮點】

1.實驗所需器材來自日常生活，人人能做。

2.沉水重物的選擇和設置。要在家里演繹出課堂實驗的效果，沉水重物的選擇和設置是本實驗的關鍵。

在研究浮力大小與物體排開液體體積的關系時，為使效果明顯，應控制物體排開液體的體積，在實驗過程中有較大的改變。本實驗選取空的墨水瓶為實驗器材進行實驗。墨水瓶瓶身較大，完全浸沒時排開液體的體積大，能滿足實驗所需。而通過往墨水瓶中填充清水或彈珠和沙子等不同物體，則可靈活改變物體的質量、平均密度。在研究物體的質量對浮力大小的影響時，可設置如下對照實驗：取兩個相同的空墨水瓶，一個裝滿清水，另一個裝滿泥沙和彈珠（盡量裝入較多的彈珠，直至塞不進為止，再用細沙填滿瓶內空隙）。這樣，物體的質量、平均密度更大，便于實驗對照。

3.制作與純水密度相差較大，而且在生活中容易獲得的液體。

在以往的實驗中，是通過食鹽來改變液體密度的，但因為在常溫下濃鹽水密度是1.1g/cm3左右，與純水的密度1.0g/cm3相差不大，若重物體積小，同一重物在兩種液體中所受浮力相差較小，會導致實驗現象不明顯，也就不能很好地反映液體密度對浮力大小的影響。

為了使實驗現象更明顯，就需要用密度與水的密度相差較大的液體。通過查液體密度表可知，常溫下酒精、汽油等液體密度與純凈水密度相差較大。但這些材料，學生不容易獲得。鹽水密度比純水大，可聯想到糖水密度也應該比純水大。蔗糖在生活中容易獲得，若糖水密度比純水大得多，就能滿足實驗所需。經實驗測量，按照水與蔗糖1∶1的質量比配制溶液，蔗糖溶解較快且完全溶解，溶液密度可達1.23g/cm3，實驗現象較明顯。

【實驗感悟】

配制1.31g/cm3的飽和糖水，費時、費力、費糖，推薦給學生進行家庭實驗，不是一個很好的建議。于是，在溶液配制時，應在盡量簡單和溶液密度盡可能大的前提下，配制溶液，經實驗發現，按照水與蔗糖1∶1的質量比配制溶液，蔗糖溶解較快，且完全溶解，溶液密度可達1.23g/cm3，滿足實驗要求，實驗現象明顯，故可推薦給學生，讓學生按照水與蔗糖1∶1的質量比配制，進行實驗。

[ 參 考 文 獻 ]

劉文武.對“探究影響浮力大小的因素”實驗的改進[J].湖南中學物理，2011（2）.

（責任編輯 易志毅）