巧用“一題多變”突破浮力難點

羅小飛

[摘要]“浮力”是初中科學教學中的重難點，對知識的綜合和思維的靈動等要求都很高。學生在學習浮力時興趣并不濃厚，畏懼心很強，對相應知識的認識只知其一，不知其二，思維窄，稍有變化就無計可施。針對以上情況，巧妙利用“一題多變”可以靈活整合相關知識，將“浮力”難點逐個擊破，從而激活學生的思維，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。

[關鍵詞]浮力;一題多變;思維;核心素養(yǎng)

[中圖分類號]G633.98 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0085-04

“浮力”是初中科學中最具魅力、最變幻莫測、最具挑戰(zhàn)性的一模塊內(nèi)容。為了啃掉這塊硬骨頭，許多教師可謂煞費苦心，有的用題海戰(zhàn)術，有的用模型戰(zhàn)術，有的用公式戰(zhàn)術，可是不論采取哪種戰(zhàn)術，學生一遇到稍微靈活點的浮力問題，依然手足無措?！案×Α弊寧熒枷萑肓松硇木闫５碾y堪境地。

常言道：“變則通，通則達?！币淮未竽懙膰L試，讓筆者尋找到了一個新的解決辦法——“一題多變”。“一題多變”是數(shù)學教學常用的一種方法，對思維的拓展和提升能起到推波助瀾的作用，其在科學教學中也可收到神奇的效果?！耙活}多變”可讓學生經(jīng)歷“求同存異”的辯證性思維訓練，提升分析與綜合、邏輯與推理、類比與創(chuàng)新等高階思維，水到渠成地培養(yǎng)學生的科學學科核心素養(yǎng)，尤其是科學思維。將“一題多變”運用于“浮力”的教學，可讓“浮力”以“阿基米德原理”為主線，以“受力分析”為輔線，雙線螺旋式上升，成功突破教學難點。下面筆者談談如何巧用“一題多變”突破浮力難點。

一、“一題多變”突破浮力難點之“體積”問題

浮力中求解“排開液體的體積”，是“阿基米德原理”和“受力分析”兩大難點相結合的題型，此類題型非常典型，學生雖然經(jīng)常遇到，但是一旦稍有難度，依然會難以駕馭。教師可將“一題多變”融入“比比液面高低”這樣的趣味情境中，讓學生積極參與層層遞進的“變式訓練”，進而實現(xiàn)思維的節(jié)節(jié)攀升。

【典型例題1】如圖1.燒杯中盛有一定量的水，有一冰塊漂浮在水面上，當冰完全熔化后液面將一（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式1】如圖2.燒杯中盛有一定量的水，有一冰塊在水中，且下表面對杯底有壓力，當冰完全熔化后液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式3】如圖4.燒杯中盛有一定量的水，有一中間夾石頭的冰塊漂浮在水面上，當冰完全熔化后液面將一（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式4】如圖5.燒杯中盛有一定量的水，有一中間夾木頭的冰塊漂浮在水面上，當冰完全熔化后液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式5】如圖6.燒杯中盛有一定量的水，有一只塑料碗漂浮在水面上，將燒杯中的部分水舀入塑料碗中（碗依然漂?。?，液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式6】如圖7.燒杯中盛有一定量的水，有一物塊沉在水底，又有一只塑料碗漂浮在水面上，現(xiàn)將燒杯中的物塊撈起放入塑料碗中（碗依然漂浮），液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

二、“一題多變”突破浮力難點之“密度”問題

浮力中求解“浸在液體中物體的密度”和“液體的密度”也是比較常見的題型，它融合了“平衡力法求浮力”“稱重法求浮力”“阿基米德原理法求浮力”以及“受力分析”。此類題型變幻莫測，非常具有挑戰(zhàn)性。教師可以迎合學生的挑戰(zhàn)欲望，巧妙地將“一題多變”融入“沖關我最棒”這樣的游戲挑戰(zhàn)情境中，讓學生積極參與“變式挑戰(zhàn)”活動，進而挑戰(zhàn)自己的思維極限。

【典型例題2】如圖8.先用彈簧測力計測出實心物塊在空氣中的重力為5.0 N，再將實心物塊浸沒在水中，此時彈簧測力計的示數(shù)為4.2 N，求實心物塊的密度。（g取10N/kg）

【變式1】如圖9.先用彈簧測力計測出實心物塊在空氣中的重力為5.0 N，再利用定滑輪將實心物塊浸沒在水中，此時彈簧測力計的示數(shù)為1.25 N，求實心物塊的密度。（g取10 N/kg）

【變式2】如圖10.燒杯中倒入適量的水，放上電子秤稱出質(zhì)量為100 g，然后放入一實心塑料塊，示數(shù)為140 g，再用一個力將塑料塊完全浸沒時，示數(shù)為180 g，請問塑料塊的密度是多少？（g取10 N/kg）

【變式3】在一個圓柱形容器內(nèi)盛有深為20 cm的水，現(xiàn)將一質(zhì)量為200 g的密閉空心鐵盒A放入水中，空心鐵盒有一半浮出水面;當鐵盒上放一個小磁鐵B時，鐵盒恰好浸沒水中，如圖11甲所示;當把它們倒置在水中時，A有1/5的體積露出水面，如圖11乙所示，小磁鐵B的密度為__kg/m²。

【變式4】有學生用學過的科學知識測一個金屬球的密度。他找來了圓柱形容器、刻度尺和一個塑料小碗。把圓柱形容器放在水平桌面上并在其中裝入適量的水，讓塑料小碗漂浮在水面上，此時容器內(nèi)的水深為18 cm。當把金屬球放入容器內(nèi)的水中時，容器內(nèi)的水深為19.5 cm，如圖12甲所示?，F(xiàn)將金屬球取出后放入塑料小碗中，靜止時如圖12乙所示。乙圖中的水面比甲圖中的水面高3 cm。已知：容器的內(nèi)部底面積為400 cm²，則金屬球的密度是__kg/m³。

【變式5】如圖13.在量筒中放入適量的水，記錄體積為V1.然后將一實心塑料塊放入量筒，當其漂浮時，記錄體積為V2.然后用細鐵絲將其完全壓入水中，記錄體積為V3.則塑料塊的密度為多少？

【變式6】如圖14.先用彈簧測力計測出實心物塊在空氣中的重力為5.0 N，然后將物塊浸沒在水中，此時彈簧測力計的示數(shù)為4.0 N，再將物塊浸沒在鹽水中，彈簧測力計的示數(shù)為3.9 N，求實心物塊的密度。

【變式7】如圖15.量筒中放入適量水，體積為V1.讓一輕質(zhì)物體漂浮在量筒的水里，水面到達的刻度為V2;量筒中放待測液體，體積為V3.再讓同一個輕質(zhì)物體漂浮在量筒中的液體里，液面到達的刻度為V4.則待測液體的密度為多少？

三、“一題多變”突破浮力難點之“沉浮”問題

“沉浮”問題，說白了就是比較重力和浮力的大小，然而其融合“阿基米德原理”和“壓力、壓強”等知識后就很具變換性和挑戰(zhàn)性了。此類題型內(nèi)藏玄機，趣味盎然，教師可以巧妙地將“一題多變”融入“魔性沉浮”這樣的趣味情境中，讓學生享受“一題多變”帶來的快樂。

【典型例題3】用細繩連在一起的氣球和鐵塊，恰能懸浮在盛水的圓柱形容器內(nèi)如圖16所示位置。若用力向下輕輕撥動一下鐵塊，則氣球和鐵塊的沉浮情況及水對容器底部的壓強將如何變化？

【變式1】用細繩連在一起的氣球和鐵塊，恰能懸浮在盛水的圓柱形容器內(nèi)如圖17所示位置，若用水浴微微加熱，則氣球和鐵塊的沉浮情況及水對容器底部的壓強將如何變化？

【變式2】如圖18.一個廣口瓶里面裝著一個用倒放的小瓶子制作成的浮沉子，廣口瓶中裝有一定量的水，瓶口用橡皮膜封住，開始時小瓶子是漂浮的，若向下按壓橡皮膜會觀察到什么現(xiàn)象？

【變式3】如圖19.圓筒內(nèi)盛有水，水的上方被活塞A密封住一部分空氣，一試管B開口朝下，豎直漂浮在水面上，管內(nèi)封有一段長為L的空氣柱，試管所受浮力為F，管內(nèi)外水面高度差為h，現(xiàn)將活塞A向上稍拉一小段距離后，試管又重新平衡（試管內(nèi)氣體沒有溢出），h、L、F如何變化？

【變式4】如圖20.將體積相同、材料不同的甲、乙、丙三個實心小球，分別輕輕放入三個裝滿水的相同燒杯中，甲球下沉至杯底、乙球漂浮和丙球懸浮，比較各燒杯對桌面壓強的大小。

四、“一題多變”突破浮力難點之“圖像”問題

浮力中的“圖像”問題對學生思維的要求很高，它需要學生根據(jù)圖像想象運動情景，并建立模型，然后再分析受力情況，且綜合運用“阿基米德原理”“沉浮條件”“壓力、壓強”等來解決相應問題。此類題型靈活多變，難度頗大。教師可以巧妙地將“一題多變”融入“美圖秀秀”自主創(chuàng)作情境中，讓學生享受“一題多變”帶來的思維沖浪。

【典型例題4】如圖21甲所示，在容器底部固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧上方連有正方體木塊A，容器側面的底部有一個閥門B，此時木塊A剛好完全浸沒在水中，接著打開閥門B，緩慢放水，直至木塊A完全離開水面時，再關閉閥門B，這個過程中，彈簧彈力F與木塊露出水面的體積V的關系如圖21乙所示。（已知p水=1.0×10³kg/m³，p木=0.7×10³kg/m³，木塊體積為Vo不計彈簧所受浮力）求：（1）D點的橫坐標d值為多少？（2）點C與點E的縱坐標c、e的絕對值之比為多少？

例題講解后，請學生畫一畫對應其他物理量的“變式圖像”（如圖22、圖23和圖24），并以“美圖秀秀”的形式來呈現(xiàn)，讓學生自己體驗“一題多變”帶來的快樂。

為了更好地鍛煉學生的逆向思維，教師可以將“放水”改成“注水”，讓學生饒有興趣地去逆向探索，以發(fā)展學生的科學思維。

【逆向思維例題】如圖25甲所示，高5 cm、重4 N的長方體物塊被彈簧固定在燒杯底部。現(xiàn)向燒杯中緩緩加水，水位高度H隨時間變化如圖25乙所示。（整個過程中，彈簧每受到1N的力，伸長或壓縮1 cm，彈簧所受的浮力忽略不計）

講解逆向思維例題后，也請學生畫一畫對應其他物理量的“變式圖像”（如圖27、圖28和圖29），這時學生已經(jīng)有了經(jīng)驗，再次親自參與“一題多變”的創(chuàng)作，內(nèi)心便會獲得滿滿的成就感。

綜上可知，運用“一題多變”可有效突破浮力難點，很好地激活學生的科學思維，全面提升學生分析與綜合、邏輯與推理、類比與創(chuàng)新等高階思維，真正培養(yǎng)了學生的科學學科核心素養(yǎng)。