验证阿基米德原理实验的设计①

付红波

(阜阳幼儿师范高等专科学校，安徽 阜阳 236000)

1 设计背景

通过研读现行多个版本的八年级物理教材，发现探究物体所受浮力与排开的液体所受重力关系的实验方案大致相同，如图1所示，测量并计算出物体所受浮力与排开水所受的重力，比较两者大小，从而验证阿基米德原理。由于用弹簧测力计测量的过程中存在误差，所以采用多次测量的方法，这样不可避免地增加了实验的工作量，过程也较为复杂。[1]与其他版本教材相比较，人教版采用圆筒测力计来提高实验成功率，需要多次读出数值，在数据处理的基础上验证阿基米德原理，现象不直观，特别是作为演示实验，学生很难快速得出正确的结论。[2]

图1

2 创新设计方案

2.1 实验装置

实验设计如图2所示，被测物体③与盛水器②连在 一起，挂在弹簧测力计①下，将弹簧测力计挂在铁架台上，并用热熔胶固定，溢水器④用热熔胶固定在铁架台上，下面放有接水器⑤。溢水器④由矿泉水瓶和粗吸管组成，吸管一端穿过瓶盖，用热熔胶密封，另一端用热熔胶与瓶壁固定，并保持一定距离，吸管的进水口用电烙铁加热扩大，将出水口剪成斜口，方便溢出的水快速流出。

图2

2.2 实验操作

(1) 按图2组装构件，用注射器在盛水器中注入适量的水，使得弹簧测力计指针指向一个整数值，记下数值；

(2) 在溢水器中倒满水，直到有水溢出，并把接水器中的水倒掉；

(3) 把被测物浸入溢水器的水中，溢水器中的水流入接水器中，观察弹簧测力计的读数；

(4) 用注射器把接水器中的排出水吸入到盛水器中，读出此时弹簧测力计的数，与没有浸入水前弹簧测力计的读数相比较，说明被测物所受浮力大小等于排出水所受的重力；

(5) 分别更换被测物和液体，重复实验。

3 实验设计的创新点

3.1 操作简单，易于观察

与常规的实验方案相比较，该设计是通过观察把溢出的水倒入盛水器后，弹簧测力计的示数和被测物体没有浸入水中的示数的是否相同，从而探究浮力大小和排开水所受的重力的关系，实验操作更简单，现象更加形象、直观，得出正确结论的过程更为顺畅。

3.2 结构巧妙，成功率高

与现有实验溢水器的出水口不同，本实验设计采用吸管穿过瓶盖，从吸管一端下方出水，吸管的另一端用热熔胶固定在容器内壁，又和内壁保持一定距离，使得进水口处在液面中间，减少了液体表面张力的影响，同时使用注射器转移被测物体排出的水，实验较为精准，成功率较高。

3.3 成本低廉，便于探究

实验装置所需材料都是废旧物品，铁架台和弹簧测力计是实验室常见装备，装置成本相当低廉，便于学生课后独立开展实验探究。

4 结语

在“双减”背景下，为提高学生学习效率，需要设计巧妙的作业与实验操作方案，促进学生的深度学习。物理学是以实验为基础的自然学科，学生通过观察和实验，在习得物理概念、规律的同时，能提升其科学探究能力，培养科学思维、科学态度与责任。以创新性实验为载体的物理教学，是培养学生的物理学科核心素养的有效途径。[3]从整体来看，目前中学师生对自制教具的参与度并不高，对学校标准配置形成了依赖，这就限制了师生智慧的发挥。[4]该实验方案利用实验室常规器材和废旧物品，进行创新实验设计，既提高了课堂效率，也培养了学生的创新和探究能力。