探究阿基米德原理

孙光辉

提出问题 浮力的大小与什么因素有关？

提出问题是科学探究的第一步.如何引出问题，是本实验成功的前提.因此，在这一环节，我们可以设计一些小实验，让学生人人动手，从中发现问题、提出问题.如：给每组学生准备一大杯水、一个空的矿泉水瓶，让学生把空瓶子慢慢压入水中，师问：“你感觉瓶子受到的浮力是否变化？”，生回答：“感觉瓶子受到的浮力在增大.”学生此时自然而然产生疑问：“浮力为什么会增大？浮力的大小与什么因素有关？”这样的引入，学生对问题的体验是实在的、深刻的，但是略显单薄.此时教师可以因势利导，投影轮船、潜水艇、热气球等图片，告诉学生这些物体在设计和制造的过程中，都需要对其受到的浮力进行计算，从而将浮力的大小问题与社会联系起来，让学生认识到这一问题的价值和重要性.

猜想与假设 师：“请你对浮力的大小与哪些因素有关提出猜想，并说出猜想的依据.”

科学假设不是凭空猜想，要以一定的事实为依据，这些依据可以来自于已有知识和生活经验、演示实验、学生实验等.教师可以让学生分组讨论提出猜想和假设，并说出猜想和假设的依据.说出猜想依据是为了保证猜想的科学性，避免出现胡猜乱想的现象.

学生一般会从浮力的受力物体与施力物体入手进行猜想，浮力大小可能与物体有关，也可能与液体有关.学生可能猜想出与物体有关的因素：物体的体积、物体的密度、物体的质量、物体的重力、物体的形状、物体在液体中的深度等；与液体有关的因素：液体的密度、液体的多少、被物体排开的液体体积、被物体排开液体的质量、被物体排开液体的重力等.

但是面对如此多的猜想，如何引导学生把探究的目标锁定在浮力的大小与物体排开液体的重力的关系上，从而得出阿基米德原理，这是教师普遍感到头疼的教学难题.为了突破这一教学难点，教师要引导学生对提出的这些猜想进行分析、归类，去伪存真.教师可以参与并引导学生的讨论.如教师可以问：“m排与ρ液和V排有关系吗？G排与m排有关系吗？F浮与G排的单位是相同的，所以，我们可以直接探究浮力与什么因素有关系.”通过以上讨论，学生大都能做出科学的假设：浮力的大小可能跟物体排开液体的重力有关，物体排开的液体重力越大，受到的浮力越大.

设计实验方案 教师要激发学生利用已学过的知识，引导学生设计实验方案.教学中要引导学生充分讨论，发挥他们的想象力，适时地加以引导和点拨，但是切忌教师包办代替.教师要注意培养学生的科学思维能力、解决问题的能力和创新能力！一般来说，学生设计的方案可能有多种多样，也不尽完善，这时教师要引导学生对这些方案进行讨论、比较，不断地完善，最后选择一至二套方案进行实验探究.

在探究阿基米德原理教学中，教师可以提出问题：“如何测量物体受到的浮力？”“如何测量物体排开液体的重力？”，然后引导学生通过讨论，归纳出所需要的实验器材、实验步骤和需要测量的物理量，并设计出记录实验数据的表格.

实验器材：弹簧测力计、重物、盛有液体的大烧杯、溢水杯、空杯等.

实验步骤：

（1）用弹簧测力计在空气中称出重物的重力为G和空杯的重力为G杯.

（2）将溢水杯盛满水（或其他液体），把重物浸没在水中，用空杯承接从溢水杯中被物体排出的水，记下此时弹簧测力计的示数为F′.

（3）用弹簧测力计测出被物体排出的水和杯子的总重为G总.

（4）用称重法求出物体所受的浮力F浮

=G-F ′和物体排开水的重力G排=G总-G杯，并比较F浮和G排的大小，得出结论.

记录数据的表格：

进行实验 学生分组进行实验探究，教师巡回指导.在探究过程中，学生会发现设计的方案中可能有不完善的地方，教师要引导学生及时地讨论和修改.在实验过程中教师既要培养学生独立操作的能力，又要让学生明白发挥团队协作精神的重要性，同时要提醒学生及时将实验数据记录在事先设计好的表格内.

分析数据、得出结论 在一组实验完成后，发现F浮=G排.师问：“我们能否就根据这一组数据就得出浮力等于被物体排开液体的重力？”生回答：“不能.”教师此时应进一步引发学生思考，如何改变实验条件进行实验探究，防止实验结论的偶然性？生可能回答“改变液体种类或将物体部分浸入液体中”等.然后教师要指导学生修正、完善原来设计的实验方案，研究物体浸没在其他液体（如酒精、盐水等）中或者将物体部分浸入液体中时物体所受的浮力和被物体排开液体重力之间的关系.学生再次进行实验，分析实验数据后，仍发现F浮=G排.

这时，教师就可以引导学生根据实验探究的结果，总结浸在液体中的物体所受到的浮力与它排开液体的重力之间的关系为F浮=G排.教师要告诉学生，大家“发现”的规律就是著名的“阿基米德原理”.

评估与反思

2.提出问题：物体所受的浮力与物体的密度、物体的质量（或重力）、物体的形状以及物体进入液体中的深度是否有关？教师启发设计实验方案，继续探究上述问题.

实验1 探究浮力的大小与物体的密度、物体的质量（或重力）的关系：把等体积的铁块和铝块分别浸没在水中（保持ρ液和V排不变，二者的密度、质量、重力不同），用弹簧测力计测出二者的浮力，比较它们所受的浮力大小，得出结论.

最后，教师引导学生总结归纳得出：物体所受浮力的大小只与液体的密度ρ液和物体排开液体的体积V排有关，而与物体的密度、物体的质量、物体的重力、物体的形状及物体浸没在液体中的深度等无关.

3.教师在实验探究之后要引导学生对实验的过程进行反思，比如实验探究过程中测量的数据是否有误差？这些误差对探究的结论是否有影响？有哪些措施可以减小误差？实验的过程是否太复杂？能否简化？等等.