改进实验：探究浮力产生的原因

程生银

摘 要：本文重点论述了改进后实验的实验过程和课本实验的实验过程，通过对二者进行对比，得出了改进实验更易直观地探究出浮力产生的原因及不产生浮力的情况，实验过程符合学生的认知规律，学生更容易接受。

关键词：浮力；浮力产生的原因；演示装置

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2016）32-0233-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.32.148

一、课本实验过程和意图

八年级下册物理探究浮力产生的原因，课本实验的思路是直接通过如图1所示实验装置，研究水平方向受到的压力情况和竖直方向受到的压力的情况，先把上下底面是橡皮膜的玻璃圆筒水平放置，让学生观察前后放置时玻璃圆筒橡皮膜的凹陷情况和左右放置时玻璃圆筒橡皮膜的凹陷情况，从而让学生得到水平方向受到的压力都是平衡力，不是浮力产生的原因，然后再把上下底面是橡皮膜的玻璃圆筒竖直放置，让学生观察上下玻璃圆筒橡皮膜的凹陷程度，得到上下底面受到的压力不平衡，从而得出浮力产生的原因：浸在液体中的物体上下表面存在压力差，这个压力差就是浮力。

二、课本实验存在的不足

第一，教师在演示课本实验时，学生还意识不到通过研究物体各面受到的压力情况来研究浮力产生的原因，也没有形成知识准备，这种情况下，直接去观察实验，接受效果自然较差。

第二，课本实验没有探究出不产生浮力的情况，没有将浮力产生的原因做进一步拓展，导致学生在解决相关不受浮力的问题时很困难。

第三，课本实验次数较多，导致教师不能很好地利用课堂教学时间，提高教学质量。

第四，在探究浮力产生的原因时，学生通过观察不能很好地理解浮力产生的原因，从而在分析相关问题时容易出错。

三、改进方案

为了加深学生的理解，突破难点，提高学生分析和解决问题的能力，本实验方案从以下方面进行了改进。

第一，改进了实验装置，用一个自制装置（如图2），有大小两个水槽组成（小水槽底部有个正方形的开口），还有正方体木块、上下左右被橡皮膜包裹的空心立方体、注水管和水。

第二，改进了实验过程，先把大小两个水槽组成的装置水平放置，然后把正方形木块放到小水槽正方形开口处，在小水槽中注入水，正方形木块不上浮（如图3所示）。实验结果出乎学生预料，没想到木块在水中没有浮起来，让学生很好奇，这样可以激发学生求知欲。这时候，教师因势利导，引导学生分析正方体木块的受力情况，激发了学生的求知欲望。根据分析，学生会发现正方体木块受到两类力的作用：一是重力，但重力方向竖直向下，而浮力方向竖直向上，所以它不是产生浮力的原因；二是压力，正方体受力情况是，左右两个压力，前后两个压力，都是平衡力，上表面受到向下的压力，而下表面没有受到水向上的压力，所以木块没有上浮。给大水槽注入水，当水上升到一定程度时，木块浮起来了。这样就可以让学生明白浮力产生的原因可能与木块各表面受到的压力有关，从而让学生从压力的角度去探究浮力产生原因。

接下来再用上下左右包了橡皮膜的空心立方体去探究浮力产生的原因。有了前面的分析，学生就有了思路。具体做法：把该空心立方体放在小水槽的正方形开口处（如图4）所示，在小水槽中注入水，观察空心立方体各面的受力情况，会发现左右两个面橡皮膜凹陷程度一样，说明左右两个面受到的压力相等，是一对平衡力。前后面和左右面在液体同一深度，受到的压力相同，前后面受到的压力也是一对平衡力。再观察上下两个面受到的压力情况，上表面橡皮膜凹下来了，下表面橡皮膜是平的，说明上表面受到了液体对物体向下的压力，下表面没有受到液体对它的压力，故合力向下，不会产生竖直向上浮力。接下来在大水槽中注入水，水面与小水槽底部相平，空心立方体橡皮膜受力情况和刚才相同，没有受到浮力。

继续注入水，我们会发现下表面的橡皮膜开始不断地凹下去，直到下表面橡皮膜跟上表面橡皮膜凹陷程度相同时，可看到左右凹陷程度没变，左右前后受到压力没变，而上下凹陷相同，故上下两个压力合力为零，这时候也没有受到浮力。在下表面凹陷比上表面凹陷小时，说明上表面受到的压力大，下表面受到的压力小，合力向下，也没有产生浮力。所以，没有产生浮力的第二种情况是：物体的下底面如果受到向上的压力小于等于向下的压力时，物体也不会受到液体向上的浮力。

继续注入水直到大水槽的水面跟小水槽的水面相平（如图5所示），观察空心立方体橡皮膜凹陷情况，我们会发现左右没变，上表面也没变，只有下表面的橡皮膜凹陷程度变大且大于上表面的凹陷程度，这说明下表面的压力大于上表面的压力，这个压力差这就是第一个实验中木块上浮的原因，也就是浮力产生的原因，从而就可得出浮力产生的原因是：浸在液体中的物体上下表面受到的压力差。这不但让学生清楚地认识到了浮力产生的原因，而且明白了浸在液体中的物体不受浮力的情况，使得该知识得到了升华。

对浮力产生原因实验的改进，在实际授课过程中不仅达到了良好的实验效果，还加深了学生对浮力的认识，提高了学生分析和解决问题的能力，取得了意想不到的效果。

[责任编辑 房晓伟]