浅谈初中物理浮力产生原因演示实验的研究

吴勇灵

（黔南民族师范学院物理与电子科学系，贵州 都匀 558000）

一、问题的提出

物理学是一门以实验为基础的学科，而中学生在学习阶段心理特点是由形象思维向抽象思维发展，特别是初中的学生，抽象思维的能力还不够强，而且又是刚学习物理知识，教师必须注意这两种因素，做好初中学生学习物理的“引路人”或“启蒙者”。这就要求在物理教学中（特别是初中）要加强直观教学。具体措施就是做好演示实验，激起学生的兴趣，开发学生非智力因素，从而帮助他们理解和掌握物理知识，逐步发展他们的认识能力[1]。笔者在进行中学物理实验教学研究的教学过程中，向学生提如下问题：

如图1所示，物体是否受到浮力的作用呢？

图1

很多学生都认为，物体受到的浮力应该等于它所排开的液体所受到的重力，即图1所示的物体均受到浮力的作用。然而实际上只有（d）图的物体受到浮力的作用，（a）～（c）的物体没有受到浮力的作用。学生对这个问题不能做出正确的回答是因为她们对浮力产生的原因不理解。为此，笔者查阅了相关资料，在文献[2]上没有对浮力的定义及浮力的产生原因进行介绍，重点介绍的是浮力的大小计算（阿基米德定律）及简单应用；在文献[3]和[4]上指出：“浸在液体（或气体）中的物体，受到液体（或气体）对它向上的托力，这个力叫做浮力；浮力产生的原因是液体（或气体）对物体向上和向下的压力不同，浮力的实质是液体（或气体）对物体向上和向下的压力之差”。但是对浮力产生的原因没有相关的实验验证。浮力产生的原因是学生不好理解的一个问题，用在液体中取假想液块的方法非常抽象，对初中生而言，是无法理解的。如果教师对浮力产生的原因进行一些演示实验，可以帮助学生建立浮力概念、理解浮力产生的原因。因此，笔者设计了一些浮力产生原因演示实验的几种方法，与大家共同探讨。

二、浮力产生原因演示实验的设计

1.用一个能盖紧盖子的盒子进行演示

找一个可以盖紧盖子的空盒子，如咖啡盒或密封糖罐，在将盖好盖儿的盒放入水底的过程中，手会感到向上的托力，无论横放还是立放，只要松开手它就会浮上来。让学生观察清楚后再进行如下演示：（1）用一根结实的橡皮筋一端与盒子连在一起，另一端与一个放在水中能够下沉的物体连在一起，必须注意的是将连在一起的盒子与物体放入水中时，橡皮筋能够拉直且盒子全部被水淹没，物体沉到水底（如图2[a]），记下橡皮筋的改变量。（2）把盒中装满水或其他物体，使它放在水中不再浮起（如图2[b]），记下像僻静的长度。然后取出盒子，用同一根橡皮筋与盒子连接起来并将将提起，记下在空中时橡皮筋的长度，两次数值之差就是橡皮筋的改变量。橡皮筋的变化表明，两次橡皮筋的改变量一致，说明盒子受到浮力的作用且大小相等。在这个实验中，主要存在的问题是对于像僻静在水中时如何准确的测量它的长度，因此教师必须做好长度的测量。

图2

2.双乒乓球实验

图3

图4

找空矿泉水瓶一个和一个空高橙饮料瓶、乒乓球两个、一根铁丝。将矿泉水瓶底和高橙饮料瓶的上半部分剪去，然后做成如图3所示的装置。实验时，将该装置放在讲桌上，然后在矿泉水瓶中放入两个乒乓球，因为瓶身不大，两个乒乓球会一个在下堵住瓶颈，另一个在上，有一个杯子或小桶从上向里倒水，由于下面的乒乓球堵住瓶颈，水只能向下渗漏。随着瓶内水的上升，上面的乒乓球浮在水面上也随之上升。下面的乒乓球虽然周围和上面都是水，但它却没有上浮。直到饮料瓶的水位位于瓶口和瓶颈之间，下面的乒乓球的底部也会浸没在水中，它才会上升到水面。

3.上浮的木塞

取空高橙饮料瓶一个、圆木塞一只、粘胶。圆木塞要刚好塞在饮料瓶口上，不要太紧。再在圆木塞中央钻一个直径约5mm的小孔。将饮料瓶的中间部分剪去，依然瓶口向上地将瓶颈用粘胶粘接在瓶内底部（如图4）待胶干后即可使用。实验时，将木塞放在瓶口上，再用杯子装水沿瓶壁倒入瓶中。很快水将浸没木塞周围，但此时木塞并不上浮。水面继续上升，漫过木塞上表面，经小孔向里流水，此时木塞依然不上浮。等到木塞下的水面逐渐上升，刚刚达到木塞底部，木塞会立即上浮到瓶中水面上。

4.用验压器进行演示

由液体内部的压强为知道，深度越深，液体压强越大的原理进行演示。用两只测液体内部压强的验压器代替物体的上下面，橡皮膜朝外，验压器小盒分别与两只V形管压强计相连，把这个特殊的物体放入水中，观察压强计中液面的高度差（如图5所示），由此说明浮力产生的原因是由液体对物体下表面和上表面的压强差引起的[4]。

图5

5.用石蜡进行演示

将一小块平板玻璃放在比例水槽底部，再将立方体蜡块放在水中，发现蜡块漂浮在水面上，如果将石蜡放入水中的玻璃板上，使蜡块与玻璃板紧密接触，排出底部的水，这样蜡块就不再浮起[5]，如图6（a）所示。在进行该实验时，为了演示效果明显，使学生能够看清楚，最好先将蜡块与玻璃板紧密接触，放在水槽底部，然后将水沿着水槽壁慢慢倒进水槽里，直至水全部淹没蜡块，并液面高出蜡块的上表面很多为止，让学生观察此时的蜡块仍然沉在水底，最后用玻璃棒（或长木棒等）撬起蜡块底部，使水进入蜡块底部，蜡块上浮，如图6（b）所示。

图6

三、结束语

本文所讨论浮力产生原因的演示实验设计中，取材方便，容易制作，演示效果明显，可以帮助学生理解浮力的产生原因，且具有一定的趣味性、直观性，能够提起学生学习浮力知识的兴趣，必须注意的是选择装水的容器一定是透明的，为了安于观察，水最好用红色染料染成红色。这些方法对教师进行初中物理教学时进行演示实验的设计具有一定的指导作用。

[1] 吴晓康.感知规律在物理实验教学中的运用[J].教学月刊（中学版），2006（7）上.

[2] 课程教材研究所.物理课程教材研究开发中心.物理（九年级）[M].北京：人民教育出版社，2008.

[3] 蔡晔，中考·奥赛全程对策—初中物理2[M].北京：机械工业出版社，2008.

[4]洪林旺.王后维学案教材完全解读——物理九年级（全一册）[M].中国青年出版社，20099.

[5] 刘炳昇，魏日升.初中物理教师实验技能训练[M].高等教育出版社，2003.