利用自制教具突破《壓強(qiáng)和浮力》教學(xué)難點(diǎn)

楊樹梅

在蘇科版初中物理教材中，《壓強(qiáng)和浮力》一章內(nèi)容是比較難學(xué)的，因?yàn)槲锢砹慷?、關(guān)系復(fù)雜，學(xué)生容易誤入歧途.筆者在教學(xué)中利用自制教具及時(shí)補(bǔ)充一些實(shí)驗(yàn)，對(duì)突破教學(xué)難點(diǎn)起到了較好的作用.這些實(shí)驗(yàn)有的激發(fā)了學(xué)生的興趣；有的幫助學(xué)生進(jìn)行想象和思考；有的介紹物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用；有的為學(xué)生解答練習(xí)中的疑難.本文介紹本章的自制教具和自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，期望與廣大同仁相互切磋.

1在學(xué)習(xí)液體壓強(qiáng)時(shí)，采用“對(duì)比演示法”

教學(xué)中經(jīng)常遇到如下習(xí)題：當(dāng)把裝有半瓶礦泉水的瓶子傾斜或倒置后，水對(duì)瓶底的壓強(qiáng)有無(wú)變化？為了幫助學(xué)生進(jìn)行想象和思考，[TP1CW38.TIF，X，BP#]筆者制作了如圖1所示的教具，并采用“對(duì)比演示法”.取兩個(gè)相同的飲料瓶，裝入等量的水（用紅墨水染色）.當(dāng)把其中的一個(gè)瓶子傾斜（或倒置）時(shí)，學(xué)生可以清楚地看到瓶底的深度變?。ɑ蜃兇螅┝?，從而容易得出“壓強(qiáng)變?。ɑ蜃兇螅钡恼_結(jié)論.

在“液體的壓強(qiáng)”新授課上，筆者還做了如下實(shí)驗(yàn)：取一根兩端開口、長(zhǎng)30 cm、直徑4 cm的玻璃管，在一端蒙上橡皮膜，倒入適量水.當(dāng)把它從傾斜變?yōu)樨Q直時(shí)，學(xué)生看到橡皮膜明顯凸出來(lái)了，最后竟然變成球形，似乎“吹彈即破”，令人不由擔(dān)心.而“液體壓強(qiáng)隨深度增大而增大”的道理卻被學(xué)生牢記在心.

2在學(xué)習(xí)大氣壓時(shí)，做“打吊針”實(shí)驗(yàn)

學(xué)生在作業(yè)中遇到了“打吊針”問(wèn)題.為什么它是利用大氣壓工作的？為什么要在瓶口處插一根“導(dǎo)氣管”？怎樣防止“回血現(xiàn)象”？雖然學(xué)生多半打過(guò)吊針，但是對(duì)上述問(wèn)題還是不理解.筆者于是制作了如圖2所示的模型，[TP1CW39.TIF，X，BP#]帶領(lǐng)學(xué)生觀察氣泡從導(dǎo)氣管“咕咕”流入，一直上升到瓶中液面的上方，而“藥水”則在大氣壓的作用下，沿著細(xì)管涓涓流出.因?yàn)槠靠谔幍膲簭?qiáng)為定值[HJ1.45mm]（即外界大氣壓），這就保證了藥液能以不變的速度注入人體，不會(huì)出現(xiàn)先快后慢的情況.若發(fā)生“回血”現(xiàn)象，只需把瓶子舉高，增大藥水在針孔處的壓強(qiáng)即可.這套教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，現(xiàn)象清楚，能引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察和深入思考，從而消除疑惑.

3在初學(xué)浮力時(shí)，強(qiáng)化“浮力的大小與物體排開液體的體積有關(guān)”

實(shí)踐表明，學(xué)生們很難想到浮力的大小會(huì)與“物體排開液體的體積”有關(guān).因?yàn)閷W(xué)生缺乏相關(guān)的生活體驗(yàn)，或者不能把生活體驗(yàn)與物理本質(zhì)聯(lián)系起來(lái).因此教師需要為學(xué)生補(bǔ)充這方面的體驗(yàn).筆者發(fā)動(dòng)學(xué)生自制“下沉物體”做實(shí)驗(yàn)，效果很好.[TP1CW40.TIF，Y#]如圖3，“下沉物”是在口香糖瓶中裝入石塊和水制成，具有易封口、不漏水、體積大等優(yōu)點(diǎn).課堂上教師引導(dǎo)學(xué)生著重觀察當(dāng)物體慢慢浸入水中時(shí)，測(cè)力計(jì)的示數(shù)如何變化.由于物體體積大，受到的浮力大，測(cè)力計(jì)示數(shù)變化明顯.學(xué)生在親自實(shí)驗(yàn)后，普遍加深了認(rèn)識(shí).筆者還增加了一個(gè)學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目——把空飲料瓶壓入水中.學(xué)生體驗(yàn)到阻力逐漸變大，進(jìn)而領(lǐng)悟到，這是由于瓶子排水體積增大，引起浮力增大，從而引起這種感覺(jué).

4 糾正“扁平形狀物體受到浮力大”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)

不少學(xué)生認(rèn)為，如果把鐵塊做成薄片形狀，就能使浮力增大而漂浮在水面.也許學(xué)生是錯(cuò)誤地把“增大受力面積減小壓強(qiáng)”的知識(shí)遷移到此.為了澄清認(rèn)識(shí)，筆者在課堂上做了對(duì)比實(shí)驗(yàn).如圖4，鐵皮做的盒蓋可以漂浮在水面，而被踩成鐵皮后就無(wú)法漂浮了.可見，把鐵塊做成薄片形狀并不能使浮力增大.而原先鐵皮盒蓋之所以能漂浮，是因?yàn)樗愃朴凇拜喆?，和薄片相比增大了排水體積——雖然這種“增大”不易察覺(jué).

5解決“水面升降問(wèn)題”

液面升降問(wèn)題常常讓許多學(xué)生困惑：實(shí)心橡皮泥原來(lái)在水中下沉，把它做成船形便可漂浮在水面，那么浮力是變大了還是變小了？排水體積怎么變？容器內(nèi)的水面將上升還是下降？因?yàn)橛萌庋鄄灰卓闯雠潘w積的變化，而理論推導(dǎo)又太復(fù)雜，所以造成學(xué)生理解的困難.筆者是這樣設(shè)計(jì)的：先展示實(shí)驗(yàn)事實(shí)，再用理論推導(dǎo)跟進(jìn).[TP1CW42.TIF，Y#]如圖5所示，取一個(gè)厚底玻璃杯，使它漂浮在透明盛液桶內(nèi)的水面上，在水面處用橡皮筋做好標(biāo)記.再把玻璃杯推入水底，讓學(xué)生觀察水位是否有變化.學(xué)生看到水位明顯下降了，這說(shuō)明玻璃杯的排水體積變小了.緊接著，教師借助實(shí)驗(yàn)情景和學(xué)生展開思維的對(duì)話.

師：怎樣比較兩次浮力的大小？

生：可以采用“狀態(tài)法”來(lái)比較.原來(lái)浮力等于重力，后來(lái)浮力小于重力，所以浮力變小了.

師：玻璃杯的排水體積怎樣變化？

生：從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，是變小了.

師：能否從理論上分析為什么排水體積變小？

生：因?yàn)楦×εc排液體積成正比，從浮力變小必然能推出排水體積變小，從而引起了水面下降.

師：講得好.大家還記得以前學(xué)過(guò)“輪船的原理”嗎？如果是實(shí)心的鐵塊，即使做成鐵皮，也會(huì)沉入水底，但是做成空心狀，通過(guò)增大排水體積就可以增大浮力，從而使它漂浮在水面.大家不妨把這個(gè)玻璃杯想象成輪船，把前后知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，看看是不是這個(gè)道理？

筆者認(rèn)為，利用自制教具和輔助實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生積極思考和主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而順利突破難點(diǎn).

6改進(jìn)“潛水艇模型”“潛水艇”是浮沉條件的一個(gè)重要應(yīng)用.筆者在以往自制潛水艇模型的基礎(chǔ)上又做了改進(jìn).如圖6所示，取一個(gè)無(wú)色透明硬質(zhì)塑料小瓶，在底部中央鉆一個(gè)孔，再在瓶子底部綁一個(gè)鉤碼.取一個(gè)塑料針筒，用軟管把針筒和小瓶連接起來(lái)，于是一個(gè)可以在水中直立并自由沉浮的潛艇模型就做好了.它有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）開口朝上，可以直立在水中且升降自如；（2）瓶子體積較大，其內(nèi)部水量的變化清晰可見；（3）用針筒打氣、抽氣代替人用嘴吹氣、吸氣，更衛(wèi)生，而且可以把“吹氣”、“吸氣”步驟交代得很清楚.

7改進(jìn)“浮沉子”實(shí)驗(yàn)

“浮沉子”是一個(gè)有趣的實(shí)驗(yàn)，筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了改進(jìn).如圖7，用膠頭滴管代替棕色口服液小瓶.當(dāng)用力捏塑料瓶時(shí)，滴管中水位的變化清晰可見.筆者在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：一是“滴管內(nèi)的水面上升導(dǎo)致看不見水面”；二是欲使滴管下沉需要用很大力氣捏塑料瓶.解決它們的辦法很簡(jiǎn)單：把膠頭下移，讓其僅僅充當(dāng)玻璃管的“封蓋”.建議選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的綠色雪碧瓶做這個(gè)實(shí)驗(yàn).只需用手稍稍用力一捏、一放，就可以讓滴管“聽話地”下沉、上浮.實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單，魅力無(wú)窮.學(xué)生樂(lè)此不疲，臉上寫滿驚訝和喜悅.

8自制演示密度計(jì)

“密度計(jì)”是浮力知識(shí)的重要應(yīng)用，也是浮力部分的難點(diǎn)之一.學(xué)生總認(rèn)為同一密度計(jì)漂浮在密度大的液體中時(shí)受到的浮力大，而不去考慮它在不同液體中排液體積是否有變化.筆者認(rèn)為，關(guān)鍵是要讓學(xué)生意識(shí)到“排液體積已改變”.[TP1CW45.TIF，Y#]在進(jìn)行這一部分教學(xué)時(shí)，筆者先展示了如圖8的自制演示密度計(jì).（選用大號(hào)油性筆，在下端纏繞幾圈粗銅絲制成.）當(dāng)把它分別漂浮在水和鹽水中時(shí)，升降對(duì)比超過(guò)1 cm.因其色彩鮮艷、筆身粗大，兩次對(duì)比明顯.依托實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師就容易和學(xué)生展開交流從而突破這個(gè)難點(diǎn)了.

自制教具因其取材方便、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，往往能收到理想的教學(xué)效果.又因?yàn)樗敖拥貧狻?，拉近了師生間的距離，便于創(chuàng)造和諧的課堂氣氛.學(xué)生享受到思考的樂(lè)趣和成功的喜悅，教師教學(xué)起來(lái)也倍感輕松.自制教具，何樂(lè)而不為.