创新浮力实验，串联物理思维

葛晓灵 （重庆云阳县教育科学研究所）

创新思维是物理核心素养的重要内容，以浮力创新实验为载体，增进学生对浮力概念及浮力的深刻理解，帮助学生突破学习难点。在实验课堂上，教师要善于启发学生的好奇心，引领学生从实验探究中发展创新思维。

一、引出认知冲突，启发学生的物理思维

在认识浮力概念时，通常利用乒乓球浮在水面来分析乒乓球所受的浮力及方向。但在创新实验中，从认知冲突下手。借助于热熔胶、环形磁铁，黏在乒乓球底部，置于透明玻璃杯，在杯底再放一环形磁铁，使其与乒乓球底部磁铁想吸引。向玻璃杯注水前，问学生，乒乓球会怎样？很多学生认为“乒乓球会浮起来”。然而，水注入玻璃瓶后，乒乓球并未浮起。这一实验设计，让学生感到惊讶。藉于此，提出问题：为什么乒乓球在水里没有浮起来？但如果将玻璃杯下方的环形磁铁偷偷移走，乒乓球又浮在水面。这一认知冲突，激发了学生对浮力实验的探究兴趣。再结合浮力实验内容，在透明水槽中放置乒乓球，用热熔胶将细线黏在乒乓球外侧，另一端黏在水槽底部。在注水过程中，让学生观察并记录实验现象。显然，乒乓球在注水时，慢慢浮起来，细线也被拉直，并与水槽底面垂直，说明受到了浮力，且方向是垂直向上的。由此，从第一个实验的惊讶，到第二个实验的理解，学生从观察中认识浮力，且明白浮力的方向是竖直向上的。在实验对比中，学生根据实验现象，展开分析，引导学生的思维走向严谨性，促进学生创新意识的发展。

二、关注实验过程体验，探究影响浮力的因素

为了更真切、直观、准确地探究乒乓球受到的浮力大小与哪些因素有关，我们围绕整个实验过程，对乒乓球浸没前、浸没后所受浮力与深度的关系展开探究。从原理来看，浮力大小与排开液体的体积有关，与浸没深度无关。但如何突破这一教学难点。利用测力计、干电池、挂钩，组合成实验器材。让学生观察，在未浸没前，干电池受水对它的浮力作用，示数变小；而在浸入后，示数不变，说明浮力与浸入深度无关。然后，组织学生展开实验探究。准备两节干电池，一种方案是将干电池上下粘结，用弹簧测力计连接挂钩逐渐浸入水中，浸没前、浸没中、浸没后及下沉一定深度，观察测力计的示数值；另一种方案是将两节干电池横向粘结，挂钩置于中间，用测力计连接挂钩，逐渐浸入水中，在浸入前、浸入中、浸没后及下沉到一定深度，观察测力计的示数值。假设，第一种方案，干电池浸没水中后的测力计示数为F1，第二种方案，干电池浸没水中后的测力计示数为F2，两种方案所得测力计示数有何关系？实验结果显示，F1=F2。说明两种实验，干电池的体积是相同的，在不同深度下，干电池所受的浮力是一样的，与深度无关。物体在浸没水中后，其所受的浮力与体积有关吗？前面探究了两组干电池的体积是相同的，如果再设计矿泉水瓶实验，将一个矿泉水瓶，慢慢浸入水中，让学生谈自己的感受。学生在动手实验中发现，当矿泉水瓶逐渐浸入水中时，所受的浮力越来越大，这与矿泉水瓶浸入深度的增加，所排开液体的体积增大有关。干电池实验，两次排开水的体积都是相同的。但矿泉水瓶排开液体体积不同，所受浮力也不同。由此可见，在对浮力影响因素的探究中，得出浮力与浸没深度无关，但与排开液体体积有关。

三、拓展学生实验视野，促进学以致用

在前面的实验中，结合乒乓球浸入深度的变化，探究了浮力与浸入深度无关；结合矿泉水瓶浸入体积的变化，探究了浮力与排开液体体积有关。从浮力知识点来看，浮力的大小，与液体的密度、排开液体体积有定性关系。怎样清晰地反映液体密度的变化对浮力有影响？我们引入一件工艺品，该装置为密封容器。容器内注入某种液体，液体内放置多个玻璃球。球内注入不同颜色、种类的液体。球的下方标记对应的数值编号。将该装置分别置于冰水混合物和温水中，观察装置内玻璃球位置。整个实验，实质上是一个温度变化实验。最初在冰水混合物中，温度较低，所有玻璃球浮在液面上，但在温水中，装置内的液体受热膨胀，导致密度变小，玻璃球所受浮力变小，当浮力小于自身重力时，玻璃球就会下沉。通过该创新实验，学生认识到浮力的大小，与液体的密度有关。

总之，物理实验不仅是反映物理现象的重要途径，更是学生探究物理问题，促进学生物理思维养成的有效方法。教师要善于创新实验方案，引导学生从串联实验中自主探究、合作交流，提升物理素养。