关于“实验探究浮力的大小”实验的改进和创新

陈艺 杨新宇

(湘乡市太平中学 湖南 湘潭 411411) (湘乡市教育发展中心 湖南 湘潭 411411)

“实验探究浮力的大小”是教科版八年级下册第十章第3节，教材设计的实验内容包括“实验探究浮力的大小与哪些因素有关”和“实验探究浮力的大小与排开液体的重力的关系”．这是初中阶段力学实验中的难点，也是重点，教师在进行这部分教学时，需要克服诸多困难，如器材的搜集与准备、实验原理的分析、实验操作的指导、实验结论的推导，等等．任何一个环节没有处理好，都不能让学生理解和掌握浮力的真正内涵．

1 教材实验设计的不足之处

在本章前面两节知识的基础上，学生已经对浮力的大小、方向、产生原因和基本的“称重法”有了一定的了解，教材原实验由阿基米德洗澡的故事引入，引导学生思考浮力的大小可能与深度、物体密度、液体密度、物体体积等有关，原实验设计如图1所示.实验记录表格如表1所示.

图1 实验探究浮力的大小教材设计图

液体铁块铝块大铁块清水浓盐水

(1)实验器材繁杂

基于控制变量法的应用，教材设计的实验要用到的实验器材繁多，为了探究是否与物体密度有关，需要用到铝块、铁块．又为了探究是否与物体体积有关，还需要准备边长不同的铁块．这里实验对象就有3种．为了探究是否与液体密度有关，就需要用到清水和浓盐水．再加上弹簧测力计、细绳、烧杯等等．实验器材就比较繁杂了，从教师的课前实验准备来说，增大了负担而且容易少拿或错拿，影响实验进度．

(2)实验步骤繁多

为了一一探究以上猜想，需要进行的实验步骤有点多，边长不同的铁块和铝块共3块，都需要先测量重力，再先后放入两种不同的液体中，对比弹簧测力计的读数变化，再得出浮力的大小，这里就有6个步骤．而且操作顺序不能出错，对学生来说，容易出现反复和重复的差错，影响实验操作和结论．

(3)实验误差过大

实验过程中，物块挂在弹簧测力计下端在不同的液体中一进一出，多次实验下来，带来的误差就比较大，表格中一旦有数据出错，可能得到相反的结论．

2 实验的改进和创新

2.1 实验器材的改进

自制“浮力大小测量仪”实验器材，如图2所示.

图2 自制的浮力大小测量仪

这个自制的浮力大小测量仪是采用木头打造了底座和架子，将两支完全一样的弹簧测力计固定在竖直方向，放上一个重锤线，就可以用来测量竖直方向的力的大小．底座上放一个手动升降台，升降台上放一个溢水杯和方便悬挂的小烧杯，以一个四等分圆柱体为研究对象，圆柱体内部可以打开，可放入不同的填充物质．

这样的实验器材制作，在以下几个方面改进，如表2所示.

表2 实验改进

2.2 实验数据记录表格的改进

由教材原实验数据记录表格改成如表3所示横纵向表格，可以从一组数据进行分析改进为横向纵向数据的对比分析，更明了，更简洁．

表3 新设计的实验记录表格

2.3 实验步骤的改进

改进了实验器材和实验数据记录表格，实验步骤就更简便，如下：

(1)组装好实验装置，两支弹簧测力计均调零．

(2)用弹簧测力计甲测出圆柱体的重量G0和空小烧杯的重量G，并将数据记录在表格中．

(3)往溢水杯中缓慢地倒入清水，直至刚要溢出．将小烧杯放在溢水口的正下方．

(5)将接有溢出水的小烧杯挂在弹簧测力计甲的下方，测得他们的总重量G1，并记录在表格中．

(6)继续缓慢提升升降台，观察弹簧测力计乙的示数变化，重复步骤(4)和(5)．

(7)将溢水杯中的清水换成浓盐水，重复步骤(3)～(6)．

(8)分析实验数据，得出实验结论．

(9)拆解实验装置，将实验器材平放在桌面上．

2.4 改进和创新的优点体现

2.4.1 实验误差的减小

(1)实验中把手持弹簧测力计换成了固定弹簧测力计，改用升降台使圆柱体浸入液体中，降低了由于手的晃动带来的读数误差．

(2)将不同体积的铁块分别浸入不同密度的液体，改成了用同一个圆柱体浸入不同等分的体积，且浸入体积成倍增加，降低了由于反复多次进出液体中带来的误差．

(3)一组数据对比分析误差较大，改进后的实验数据分析表格，可从多个维度进行分析，从定性到定量的跨越，使结论更具有说服力．

2.4.2 实验后期收获

根据对实验数据的分析，还可以得出浮力的大小与排开液体重力的关系，为后面第二课时的实验“阿基米德原理实验”打下了理论与实践的双重铺垫．

2.4.3 学生能力的培养

根据改进后的实验装置设计的实验步骤，更注重锻炼学生的操作能力，每一步操作都需要熟练的手法，同时还需要注意细节．比如弹簧测力计的估读、升降台的控制、溢水杯口的等待、弯腰注意圆柱体等分线的浸入等等．还增强了学生对实验数据的分析处理能力．数据表格的处理能够让他们自己得出实验数据．这个实验能够培养学生科学细致以及严谨的探究思维．

最后，改进后的实验也还存在不足之处，比如，溢水杯中溢出的液体不能完全收集到也会导致实验数据存在误差．圆柱体内部填充物质的更换是实验操作的易错环节．其次，升降台的上升空间有限，不能很好地完成浮力的大小与深度无关的探究．

实验探究浮力的大小，是学生实验中的重难点，在实验方面进行的改进，只为了更好的操作和理解，以达到学好浮力相关知识点的目的，教师在实验教学过程切不可因为实验复杂、实验难、没时间而不做这个实验或者组织学生观看一下影像资料达到教学目的，本次实验改进旨在帮助教师和学生化解浮力学习中存在的困难，并能帮助学生学会探究，爱上探究，从而养成科学探究的思维．