阿基米德的探究--物理实验学作业

阿基米德定律的探究--浮力大小实验的研究【摘要】：本文是通过创设情境提出问题，进行假设，将理论和一个自创性实验探究结合起来,弥补了现行初中物理教科书中没有涉及到浮力大小与哪些因素有关的内容。

从而突破了学生对阿基米德定律及相关的浮力问题的解决有了根本性的改进和创新。

【关键词】：浮力实验阿基米德定律浮力体积重力【正文】通过课堂教学发现，现行初中物理教科书在编写中缺少浮力大小与哪些因素有关的文字铺垫，更缺少直观的演示实验，就直接利用传统的仪器多、操作复杂、涉及因素多的阿基米德实验来证实了浮力大小等于排开液体的重力。

因此，当遇到具体的浮力情境时，学生只能从阿基米德公式抽象的进行理解,而导致简单的问题抽象化缺少直观性,学生难以理解掌握。

因为阿基米德原理在“浮力”教学中的重要地位，我们在教学中可以把这部分的教学改成科学探究的形式，以下我们就以初中物理中的阿基米德原理教学为例，介绍探究式实验教学研究的具体操作。

一、根据情境，提出问题心理学告诉我们，人学习知识和运用知识的过程，也是知识在思维中不断迁移的过程，已有的认知才会不断地深化和提高。

一方面，教师要引导学生利用他们“发现”的规律、原理去解决实际问题，这样不仅有利于学生对知识的理解和巩固，而且能促进知识的迁移，使学生的知识、技能转化为能力。

另一方面，教师要引导学生把握探究方式和方法的迁移，在以后的学习中正确运用学到的探究方法，去探究和发现新问题，有利于培养学生的创新思维和能力。

在得出阿基米德原理后，教师可以及时地布置一些小练习，巩固探究得到的“原理”，并发动学生展开讨论，运用“原理”解释上课一开始提出的问题：为什么在水中铁块下沉、铁盒能浮？（学生：铁盒能排开更多的水，受到的浮力较大）坦泰尼克号为什么下沉？（学生：被撞穿后它排开的水就大大地减少了，所受的浮力也就大大地减小了）本探究方法为定量测量法，在今后的学习中还会应用，如初二物理中的“杠杆平衡条件”、初三物理中的“功的原理”等，教师要注意引导，将这种探究方法迁移过去，解决新问题，深化认识。

探究式课堂教学，把学生的学习过程由间接被动地接受知识，改为通过学生自主探索、获取知识的过程，注重获得知识的过程，强调学生学习的自主性和主体性。

采用探究式教学模式，会有较大的难度，上课时间安排较紧，这就要求教师课前准备要充分，预想到可能会出现的困难，充分发挥“主导”作用，但绝不是包办；要做到从简单到复杂，保持一定的梯度，难让学生有台阶可踩，循序渐进。

虽然探究式教学对培养学生的能力有着不可代替的作用，但是，初中物理教学不可能也不必要每一堂课、每一个知识点都要用探究方法，要选择有一定代表性的教学法内容。

探究式课堂教学模式有多种多样，本文介绍的模式只是本人在教学实践中的一些心得，有待于不断地摸索和完善。

学生在实验中获得感知，再对实验数据进行讨论，分析、比较、概括，进行思维加工总结得出结论，从而验证自己的猜想和假设，能使学生体验“科学家”的感觉，象科学家搞科研一样发现科学规律，从而获得巨大的成就感，激发学生自主学习、探究的热情和兴趣。

在学生探究阿基米德原理的实验结束后，就可以引导学生讨论分析比较实验中得出的数据，找出其中的规律，再比较不同组别的数据和总结的结论，尽管组别不同、每一组的成员不同、采用的方法不同、得到的数据也大多不一样，但是最终的结论是一样的：浸在水中的物体所受到的浮力的大小等于被物体排开的水受到的重力的大小。

假设也终于得到了验证。

在一个池塘中，停着一只载有木材的船，如果将船上的木材全部投入水中。

木材成漂浮状态此时水面将怎样变化？如果船中载的是石料，将石料投入水中，水面又会怎样变化？如果是一些冰块漂浮在水上，当冰块全部熔化成水之后，水面又将怎样变化？实验方案：实验1：在大烧杯中加入一定量的水，再将培养皿中装上木棒放到水上，量出水的液面高度；将木棒放入水中，再量出液面高度，比较前后液面是否有变化。

实验2：在大烧杯中加入一定量的水，在培养皿中装上石头放到水面上，量出水的液面高度；然后将石头倒入水中，再量出液面高度比较液面是否有变化。

实验3：在大烧杯中加入一定量的水，在水中放入冰块，量出水的液面高度；等到冰块完全熔化之后再次测量液面高度，比较液面是否有变化。

实验猜想：实验1：不变实验2：不变实验3：不变实验数据：实验1、2、3测量数据见表1、表2和表3表1 ：实验1数据实验1水的液面高度不变。

实验2水的液面高度下降。

实验3水的液面高度不变。

原因和结论：实验1：解：设木块放入水中之前所受总重力为G1，放入水中之后为G2。

放入水中之前的总质量为m1、放入水中后的总质量为m2、为放入水中之前受到的浮力为F浮1、放入水中之后受到的浮力为F浮2、放入水中之前排开液体的体积为V排1、放入水中之后排开液体的体积为V排2已知：ρ液＝1.0×103kg/m3 ，g＝9.8N/kg，m1＝m2因为木块放入水中之前、放入水中之后都是漂浮的所以F浮=G又因为m1＝m2所以G1=G2所以 F浮1=F浮2因为F浮=G排=ρ液g V排又因为F浮1=F浮2，ρ液1=ρ液2＝1.0×103kg/m3，g＝9.8N/kg所以V排1＝V排2所以液面高度不变答：培养皿中装上木块放到水上与木块放入水中，液面高度不发生变化实验2：解：设石块放入水中之前的总重力为G1，放入水中之后为G2。

放入水中之前的总质量为m1、放入水中后的总质量为m2、为放入水中之前受到的浮力为F浮1、放入水中之后受到的浮力为F浮2、放入水中之前排开液体的体积为V排1、放入水中之后排开液体的体积为V排2已知：ρ液＝1.0×103kg/m3 ，g＝9.8N/kg，m1＝m2因为石块放入水中之前是飘浮的，放入水中之后是下沉的所以F浮1＝G1，F浮2<G2又因为m1＝m2所以G1=G2所以 F浮1>F浮2因为 F浮=G排=ρ液g V排又因为F浮1=F浮2，ρ液1=ρ液2＝1.0×103kg/m3，g＝9.8N/kg所以V排1>V排2所以液面高度下降答：培养皿中装上石块放到水上与石块放入水中，液面高度下降实验3：解：设冰块在水下的体积为V水下，冰块融化后的体积为V融，冰块的质量为m冰，融化后的质量为m融，冰块融化之前受到浮力为F浮1，融化之后受到浮力为F浮2，已知ρ液＝1.0×103kg/m3，ρ冰＝0.9×103kg/m3，g＝9.8N/kg，m冰＝m融，因为ρ液>ρ冰所以冰块漂浮所以F浮1=G排1＝ρ液1 g V水下因为冰块融化成水，悬浮水中所以=G排2＝ρ液2 g V融因为m冰＝m融所以F浮1＝F浮2所以ρ液1 g V排1＝ρ液2 g V排2因为ρ液1=ρ液2＝1.0×103kg/m3，g＝9.8N/kg所以V水下＝V融所以液面高度不变答：冰块融化之前与冰块融化之后，液面高度不发生变化结论：一个池塘中，停着一只载有木材的船，如果将船上的木材全部投入水中。

木材呈漂浮状态，此时水面高度将不变；如果船中载的是石料，将石料投入水中，水面高度下降；如果是一些冰块漂浮在水上，当冰块全部熔化成水之后，水面高度不变。

老师归纳：浮力大小可能和物体密度大小有关。

浮力大小可能和物体体积大小有关。

浮力大小可能和浸入液体深度有关。

浮力大小可能和液体密度大小有关。

通过“探究”，不仅使学生获得了知识，而且教会他们如何去获得知识。

因为探究式实验模拟了科学家发现科学规律所经历的过程，从而培养了学生科学的思维能力、观察能力、实验能力、分析能力和发现能力。

探究式教学也有它的缺点，就是大量的学生实验、课堂讨论、实验探究、理论探究，要花费很多时间，所以不可能对每一章节都进行全套流程，而只能选一些重点章节进行探究，即使对某一节的探究也不能面面俱到，例如本文对“浮力大小”的探究，重点放在“和浮力大小有关的因素”和“阿基米德定律”的实验探究上，而对公式的推导和应用等，则基本上采用传统的讲授法，这也是各取其长吧！教师要激活学生已有的知识，启发和引导学生设计研究解决问题的方案，这时要渗透科学研究的思想、策略和方法。

先要进行宏观调控，提出总体设计思路和方案，再对局部进行微观设计。

学生装常常把自己当做或希望自己是个探索者和发现者，因而在学生提出“假设”后，老师要及时地引导学生紧紧围绕着这个“假设”，积极寻找、设计、验证“假设”的实验方法，常用的物理实验的设计方法有：对比法、控制变量法、排除法、理想实验法、定量测量法等，教学中要引导学生充分讨论，发挥他们的想象力，让学生的思维过程暴露出来，适时地加以引导和点拨，可以站地学生的思维层面上发出问题给予学生思维指向，同时也要留的思维的空间和时间，切忌教师包办代替。

要注意的是方案的设计不仅仅是为解决问题，我们要在设计过程中整合学生的知识、培养学生的科学思维能力、提高解决问题的能力，培养创新能力和创新精神！一般来说，学生设计的方案可能有多种多样，也不尽完善，这时教师引导学生对这些方案进行讨论、比较，不断地优化、完善和综合，选择一至二套方案进行实验探究。

在阿基米德原理教学中，教师要启发学生使他们认识到：要探究自己的假设——浮力的大小跟排开水的多少有关，应选择怎样最优方案？一方面是怎能样测量浮力的大小的问题，（学生：弹簧测力计）另一方面是怎能样测量排开的水的多少的问题，（学生：可以用弹簧测力计来测量其重力，或可用量筒来测量其体积后算出重力）然后引导学生展开讨论方法和设计方案，不断优化和完善后，学生们就会公认可以有两种方案进行探究实验，一是利用弹簧测力计和量筒进行，二是利用弹簧测力计和溢杯进行。

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生活、生产、已学知识、科技资料、演示实验、学生实验和课本提供的阅读材料以及网络等。

在阿基米德原理的教学中，可事先在实验桌上准备好：牙膏壳一支、盛有适量水的大烧杯一个、筷子一根，让学生模拟铁块和铁盒的浮沉、坦泰尼克号的沉没的情况，并注意观察杯内水面的升降情况并进行分析、比较，实验完成后，提问：压扁的牙膏壳下沉，空心的牙膏壳浮，两种情况排开的水的多少是否一样，哪个更多？（学生答：浮的时候更多）打开空心牙膏壳的盖，让水进入其内，下沉，排开的水的多少有怎样的变化？（学生答：下沉后更少）然后让学生阅读课本上的“曹冲称象”的故事。

通过以上的教学，使学生有初步印象并作出科学假设：浮力的大小可能跟物体排开水的多少有关。

良好的情境引导学自己发现或提出问题，可以培养学生发现问题和提出问题的能力。

对事物的好奇、产生兴趣是探究问题的源动力，创设情境常以奇、趣为主，激发学生的探究兴趣和热情，为探究学习营造良好的氛围，也利于学生自主提出问题。

在阿基米德原理的教学过程中，先可以设置问题情境，提出“铁块在水中下沉，而制成铁盒后又能浮于水面？”，接着播放泰坦尼克号沉没的录像剪辑。