漂浮的胡蘿卜

李佩寧

據(jù)說古希臘希耶隆二世制造了一頂金王冠，但他懷疑金匠偷了他的金子，在王冠中摻了等重的銀。于是他請(qǐng)阿基米德來鑒定，但是不能破壞王冠。阿基米德琢磨累了去洗澡，當(dāng)他踏進(jìn)澡盆看到溢出來的水時(shí)靈光一現(xiàn)，找到了揭開王冠秘密的法寶：當(dāng)把物體完全浸沒在水中時(shí)，相同重量不同材質(zhì)的物體體積不同，那么排水量自然也不一樣?；砣婚_朗的阿基米德起身直奔大街，以至于忘了他自己沒穿衣服。之后，他通過實(shí)驗(yàn)證明王冠的確摻假了。此后，阿基米德經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)了浮力原理，即阿基米德定律。

一、課程重點(diǎn)

浮力現(xiàn)象在生活中隨處可見，比如：人仰臥不動(dòng)作亦可懸浮于水上、燒開水時(shí)氣泡上升、釣魚用的浮標(biāo)、氣球、救生衣、船、筏、浮橋，等等。浮力還是學(xué)生將來學(xué)習(xí)力學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。為了能讓學(xué)生更好地理解浮力現(xiàn)象，對(duì)浮力的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，需要用一些有趣的方式研究浮力，嘗試在動(dòng)態(tài)中研究浮力，并準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上掌握規(guī)律并利用規(guī)律。

【涉及領(lǐng)域】物理、數(shù)學(xué)、生物

【建議年級(jí)】四年級(jí)

【建議時(shí)間】80分鐘

二、課程任務(wù)

讓學(xué)生首先了解浮力在生活中的各種現(xiàn)象和應(yīng)用，了解魚和潛艇的原理，嘗試使用給定的材料制作不同的沉浮狀態(tài)。然后通過對(duì)這種狀態(tài)進(jìn)行逐漸深入的了解和科學(xué)測量，進(jìn)而掌握平衡狀態(tài)的數(shù)學(xué)規(guī)律。最后嘗試?yán)靡?guī)律創(chuàng)造更加復(fù)雜的懸浮狀態(tài)，并展示說明。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（15分鐘）

浮力是在液體或氣體中的物體受到的豎直向上的力，浮力的本質(zhì)是壓強(qiáng)差。請(qǐng)學(xué)生回顧生活中的浮力現(xiàn)象與應(yīng)用。首先是浮力與個(gè)人感受。請(qǐng)學(xué)生思考，為什么游泳過后從水中出來，會(huì)覺得身體很重？（因?yàn)樵谒猩眢w所受的重力和浮力抵消，身體適應(yīng)了浮力，上岸后浮力消失，會(huì)感覺身體格外沉重。）然后讓學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，分組匯總生活中的浮力現(xiàn)象，可能會(huì)包括：茶葉浮在水上、氫氣球浮在空中、鴨子在水中游泳、輪船在水中航行、木塊漂浮在水面上、空氣中的灰塵在漂浮、抽水馬桶水箱里的浮子等?？梢宰尭餍〗M匯報(bào)頭腦風(fēng)暴的結(jié)果。最后請(qǐng)學(xué)生進(jìn)階思考以下問題。

（1）漂浮的物體受到浮力的作用不會(huì)沉入水底，沉入水底的物體是否也受到了浮力的作用？

（2）同樣的物體，在1米深和10米深的水下所受的浮力，哪個(gè)大？

（3）人在空氣中是否受到浮力的作用？你能感受到嗎？

（4） 如何讓人受到的浮力變大？

2.物體的沉浮條件（15分鐘）

為學(xué)生講解魚在水中沉浮的原理。魚的體內(nèi)有魚鰾，魚可以改變魚鰾的體積。魚鰾體積變化導(dǎo)致魚身體大小變化，使魚所受浮力隨之改變，而魚的質(zhì)量不變，重力就不會(huì)變，因此浮力的改變導(dǎo)致了合力的改變，使魚可以自由沉浮。

為學(xué)生講解魚沉浮原理的應(yīng)用——潛艇。潛艇的兩側(cè)有水艙，充水時(shí)潛艇下降；排水時(shí)潛艇上升。排水靠的是壓縮空氣。潛艇的水艙像魚鰾一樣，可以改變空氣的體積，但潛艇外形不變，因此和魚的沉浮稍有不同。水艙注水和放水，使?jié)撏е亓堪l(fā)生變化，但潛艇的外形不變，浮力不變，所以同樣可以導(dǎo)致潛艇所受合力發(fā)生變化，使?jié)撏Э梢猿粮　?/p>

教師可以播放相關(guān)視頻，如《90秒告訴你潛艇下潛的原理》《誰“煮”沉浮，液體的密度小實(shí)驗(yàn)》等。請(qǐng)學(xué)生思考：在上述講解與試驗(yàn)中有哪些變量？它們都是怎么變化的？（體積——魚能夠通過魚鰾改變體積；重量——潛艇可以通過注水與放水改變重量；密度——不同液體的密度明顯不同。）

3.挑戰(zhàn)任務(wù)（30分鐘）

【宣布任務(wù)】請(qǐng)找到一種辦法，讓胡蘿卜在水里浮起來。請(qǐng)各組設(shè)計(jì)、制作出來，并說明原因，完成工作單（見圖1）。向各組分發(fā)材料，并呈現(xiàn)評(píng)價(jià)量規(guī)（見表1）。

【材料】胡蘿卜、量勺、塑料杯、鹽、糖、面粉、小蘇打、水、刻刀、熱熔膠槍、牙簽

請(qǐng)學(xué)生在執(zhí)行挑戰(zhàn)的過程中注意以下問題：

（1）小組內(nèi)如何分工合作？

（2）哪些可溶物的溶液能使胡蘿卜浮起來？

（3）為什么有的溶液無法使胡蘿卜浮起來？

（4）在這個(gè)任務(wù)中，各種變量可以怎樣控制？

（5）把所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律用自己的話說出來。

4.總結(jié)與反思（20分鐘）

在任務(wù)展示環(huán)節(jié)或展示之后，除了要求各組介紹設(shè)計(jì)原理以外，進(jìn)一步組織學(xué)生討論：

（1）能用組合方式完成任務(wù)嗎？（如多溶劑）

（2）你的想法是否受到了魚和潛艇的限制？能用更簡單的方式完成任務(wù)嗎？（如把胡蘿卜挖空）

（3）你們小組中誰的貢獻(xiàn)最大，為什么？

（5）你們組從其他組借鑒了什么？為什么？

（6）沒有完成挑戰(zhàn)的原因是什么？如果再做一次，你們會(huì)怎樣改進(jìn)？

可向?qū)W生提出擴(kuò)展挑戰(zhàn)任務(wù)，使用同樣的材料，用不同方法再次制作一個(gè)懸浮的胡蘿卜。

（責(zé)任編輯 郭向和）