它是“下沉”的吗——从一道2023年中考试题说开

黄 坤

湖北省武汉市光谷第二初级中学(430074)

1 遵循新课标指导,提倡情境化试题

新课程理念提出“从生活走向物理,从物理走向社会”“从生活走向物理”不仅仅是举例子,而是以具体事实、鲜活案例、生活经验和基本概念等引导学生进行理性思考,遵循初中学生身心发展规律。“从物理走向社会”注重时代性,与生产生活、社会发展及科技进步相联系,凸显我国科技成就,引导学生增强文化自信,树立科技强国的远大理想。笔者就“运动和相互作用”主题中的内容,从学生已有经验和认知水平出发,联系生产和生活实际创设考查情境。

2 中考试题的评析

2.1 试题呈现

湖北省黄冈市、孝感市、咸宁市2023年初中毕业生学业水平考试物理试卷第8题: 物理课上,老师将整个橙子放入水中,漂浮在水面上,如图1甲所示。将其切成大小两块,再次投入水中,发现大块仍漂浮,小块缓慢沉入水底,如图1乙所示。下列说法正确的是( )。

图1 试题图示

A. 整个橙子的密度等于水的密度

B. 大块橙子受到的浮力大于其重力

C. 小块橙子缓慢沉入水底的过程中受到的浮力逐渐变小

D. 两块橙子受到浮力之和不可能大于整个橙子受到的浮力

答案:D。

2.2 试题答案解析

通过生活中常见的水果橙子作为研究对象,采取一定操作先后放入水中,运用浮力的概念和规律进行科学思维的演绎推理,从而得出结论。

新课标明确提出,学生要“知道阿基米德原理,能运用物体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。”A选项中,整个橙子放入水中,漂浮在水面上,整个橙子的密度小于水的密度,故A错误;B选项中,将其切成大小两块,再次投入水中,发现大块橙子仍漂浮,因而大块橙子受到的浮力等于其重力,故B错误;C选项描述了小块橙子缓慢沉入水底的过程中,体积不变,排开水的体积不变,由阿基米德原理可知其受到的浮力不变,故C错误;D选项中整个橙子在水中漂浮,所受浮力等于其重力。将其切成大小两块,再次投入水中,大块橙子受到的浮力等于自身重力,小块橙子受到的浮力小于自身重力,两块橙子受到浮力之和小于整个橙子受到的浮力,故D正确。因而该题最后给出的参考答案就是D。

2.3 动手实验验证

初次看到这道中考试题,就感到有一些疑惑:一个完整的橙子,切成了大小两个部分,放入水中就会出现下沉现象,真相是这样的吗?

于是,笔者准备了若干个橙子、水槽、水来进行实验验证。将橙子直接放入水中,观察到橙子静止时,在水面处于漂浮状态,如图2所示。此时可以得出橙子受到的重力与浮力是一对平衡力。紧接着,用水果刀将一个完整的橙子切成大小两块,再次投入水中,如图3所示。发现大块橙子仍然漂浮,但小块橙子并不是缓慢沉入水底,而是同样漂浮在水面。为了实验更科学,将大小两块橙子分别调整姿态,依然观察到它们漂浮在水面,并没有出现其中一块下沉到水底的情况。由此可以得出,这道有关情境素材命制的中考试题不够严谨,命题人员是否在动手实验后得出此结论,还是想当然地认为“小块缓慢沉入水底”。依据课程标准命制中考试题,发挥立德树人的导向作用,提倡情景化试题的命制,但一定要符合物理事实,确保中考的权威性和公信力。

图2 完整的橙子漂浮

图3 大小两块橙子漂浮

笔者为了知道橙子在什么情况会在水中下沉或沉底,通过动手实验,原来将橙子剥皮后,再放入水中,就会出现下沉,直至沉底了。如图4所示,取盛水的容器,将一个剥了皮的橙子放入水槽中,我们会看到橙子逐渐下沉,直到沉底。再将不去皮的橙子也放入水槽中,我们会看到橙子漂浮在水面上。

图4 剥了皮的橙子下沉

通过以上实验,可以发现:没剥皮的橙子在水中漂浮,而剥皮后的橙子在水中下沉。橙子的果皮内部含有一部分空气,导致橙子的整体平均密度比水的密度小,因此能够漂浮在水面上。而剥皮后橙子的平均密度比水的密度大,完全浸没水中时受到的浮力小于其重力,因此会下沉到水底。

3 同类型中考试题赏析

2023年河南省普通高中招生考试物理试卷第13题:水平桌面上有两个完全相同的杯子,盛有等质量的水。将橘子放入左侧杯中,取出后剥皮再放入右侧杯中,橘子静止时的状态分别如图5甲、乙所示。下列分析正确的是( ) 。

图5 试题图示2

A. 甲图中橘子所受浮力大于其所受重力

B. 甲图中橘子比乙图中橘子所受浮力大

C. 甲图中杯子对桌面的压强小于乙图中杯子对桌面的压强

D. 甲图中杯底所受水的压强大于乙图中杯底所受水的压强

答案:BD。

解析:由甲图可知,橘子处于漂浮状态,受力平衡,根据浮沉条件可知,橘子受重力和浮力,重力等于浮力,故A错误;放入橘子前两杯中水的质量相等,杯子体积相等,则放入橘子前两杯中水的深度相同,因将甲图中的橘子取出后剥皮再放入右侧杯中,右杯中的橘子重力变小,甲杯中橘子漂浮,所受浮力等于橘子的重力,乙杯中橘子沉底,所受浮力小于重力,则甲图中橘子受到的浮力大,故B正确;橘子剥皮后的重力变小,水和杯子的重力相同,所以甲杯子的总重力大于乙杯子的总重力;受力面积相同,由此可知,甲图中杯子对桌面的压强大于乙图中杯子对桌面的压强,故C错误;另观察可知甲图中水的深度大于乙图中水的深度,由此可知,甲图中杯底受到水的压强大于乙图中杯底受到水的压强,故D正确。故选BD。

4 结语

情境化试题从生活情境入手,对于学生核心主干知识的掌握以及物理规律的运用等均有不同考查要求,面对这样的问题,学生既要基于经验事实选择合适的物理知识或模型,同时也要善于对所选择模型进行必要的检验,判断能否实现所述情境。