自制实验器材探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”

湖北省当阳市坝陵初级中学(444100) 黄 建

物理实验教学是学生直观地了解自然和认识事物发展规律的重要手段。随着物理教学改革的不断深入，教学内容的不断变化，以及新课标对物理教学的要求，有些传统的实验教学设计和器材跟不上教材的变化和时代的要求，特别是在一些农村和山区学校，缺乏必要的实验器材，无法正常开展实验教学。因此，自制实验器材、改进实验设计、进行探究实验是填补实验器材空缺，加强实验教学的重要手段。下面，笔者简要谈一谈如何自制实验器材探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。

“浮力”是“力”“运动和力”“压强”等知识的综合运用和延伸，是初中物理的一个重点内容，也是一个难点内容。“浮力”教学的主要内容是首先让学生认识浮力，了解浮力产生的原因，猜想物体所受浮力的大小跟哪些因素有关，然后重点探究物体所受浮力的大小跟物体排开液体所受重力的关系，进而概括、归纳出阿基米德原理，最后从知识运用的角度学习物体的浮沉条件及其运用。阿基米德原理教学的重点是让学生经历探究浮力的大小跟排开液体所受重力的关系的实验过程。所以在教学中，应该采用分组实验的方式，强化学生建立阿基米德原理的认识过程，让学生都参与到实验过程中来。

1 实验原型及遇到的困难

教材中设计的实验方案如下。

(1)如图1(a)所示，用测力计测出某物体所受的重力。

(2)如图1(b)所示，把被测物体浸没在盛满水的溢水杯中，读出此时测力计的示数。同时，用小桶收集物体排开的水。

(3)如图1(c)所示，测出小桶和物体排开的水所受的总重力。

(4)如图1(d)所示，测出小桶所受的重力。

把测量的实验数据记录在表格中，根据实验数据，分析得出物体所受的浮力跟它排开的水所受的重力有什么关系。

图1 教材实验方案

在教材实验中，要用到专用的溢水杯(见图2)。这样的溢水杯在我校实验室的数量不多，不能满足学生实验的要求。如果只进行教师演示实验，一是不利于调动学生的学习积极性、主动性，二是学生不能经历探究过程，不利于学生理解阿基米德原理。笔者联想到用倾斜的烧杯作为溢水杯来进行学生实验(见图3)。但学生在实验时，由于溢出的水不能全部流入小桶中，算出来的物体排开液体的重力G排比物体受到的浮力F浮要小，存在误差，不利于学生概括、归纳阿基米德原理。

图2 溢水杯

鉴于此，笔者利用生活中常见的矿泉水瓶和可乐瓶，自制实验器材，通过学生分组实验探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”。实验表明，采用这种方法进行实验数据准确，效果明显。

图3 用倾斜烧杯代替溢水杯

2 自制器材完成探究实验

2.1 实验器材

实验器材如图4所示，主要有：三脚架(或铁架台)、小烧杯、大可乐瓶剪下的瓶口部分作为漏斗、矿泉水瓶剪下的圆柱形瓶身部分作为溢水杯、小石块、弹簧测力计、水。

图4 实验器材

2.2 实验过程

(1)在铁架台(或三脚架)上放置漏斗，在漏斗上放置溢水杯(矿泉瓶剪下的圆柱形瓶身部分)，并将杯内装满水。

(2)用弹簧测力计测出小石块的重力G石和小烧杯的重力G杯。

(3)将小烧杯放在漏斗(大可乐瓶剪下的瓶口部分)的下面，把弹簧测力计下面的小石块浸没在水中，记下弹簧测力计的示数F,并用小烧杯收集溢出的水。

(4)待水不再溢出时，用弹簧测力计测出小烧杯和溢出的水的总重力G总。

(5)把测量的实验数据记录在表格中。

(6)通过比较G石-F和G总-G杯的大小，分析得出物体所受的浮力跟它排开的水所受的重力的关系。

3 自制探究“浮力的大小跟排开液体所受重力的关系”实验器材的优点

3.1 实验无误差

实验数据准确，几乎没有误差。使用自制的装置进行实验，从溢水杯中溢出的水能全部流入小烧杯中，数据准确。全班所有实验小组根据实验测出的数据算出来的F浮和G排都相等，几乎没有误差，实验效果理想，有利于学生概括、归纳得出阿基米德原理。

3.2 实验器材易得

实验器材易得，可以变演示实验为分组实验，提高学生的参与度和学习兴趣，让学生确实经历探究过程，突破教学重难点，真正理解阿基米德原理。这些看似简单的器材，却在教学中发挥了巨大作用。

3.3 可培养学生的实践和创新能力

自制实验器材进行探究实验，解决了实验室教学仪器缺乏，无法进行分组实验的难题。通过自制实验器材探究实验，可以让学生认识到，实验资源不仅是实验室现有的器材资源，身边的物品和器具也可以是很好的实验资源。本次实验利用身边常见的可乐瓶和矿泉水瓶，就完成了课本上的一个重要实验。利用日常器具和物品做实验，不仅具有简单、直观的优点，而且有利于学生课外操作，培养学生的动手和创新能力。

3.4 有利于增强学生的环保意识

本次实验利用废弃的可乐瓶、矿泉水瓶，不仅变废为宝，而且有利于培养学生的环保意识和勤俭节约的品德。