基于項(xiàng)目的初中物理探究學(xué)習(xí)*
——易拉罐在“物體浮沉條件”中的應(yīng)用

單國(guó)權(quán)

(南菁高級(jí)中學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇 無(wú)錫 214400)

“物體浮沉條件”是浮力知識(shí)的綜合運(yùn)用,《2022版義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求能運(yùn)用物體的浮沉條件說(shuō)明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象[1].學(xué)生在學(xué)習(xí)浮沉的時(shí)候往往覺(jué)得知識(shí)點(diǎn)密集,思維跨度大,難度大,為了降低學(xué)生的思考難度,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,教師在教學(xué)過(guò)程中可以選擇合適的項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué),基于項(xiàng)目的初中物理探究學(xué)習(xí),以學(xué)習(xí)項(xiàng)目為載體,以培養(yǎng)科學(xué)思維為核心,以形成物理觀念為目的[2].筆者利用學(xué)生常見(jiàn)的易拉罐,開(kāi)發(fā)了一系列項(xiàng)目,串聯(lián)知識(shí),串聯(lián)課堂,達(dá)到了意想不到的效果.

1 用易拉罐導(dǎo)入 激發(fā)學(xué)生興趣

器材：145mL旺仔牛奶易拉罐(已將上口剪去)2個(gè),橡膠塞2個(gè),透明盛液筒1個(gè),50mL注射器等.

在橡膠塞和易拉罐管壁抹上凡士林,將一個(gè)直接蓋上橡膠塞,另一個(gè)用注射器注入約100mL水后蓋上橡膠塞,分別將兩易拉罐封口處再次抹上凡士林,使兩個(gè)易拉罐的外觀完全一致.將它們同時(shí)放入透明盛液筒的水中.發(fā)現(xiàn):其中一個(gè)易拉罐上浮至水面,而另一個(gè)易拉罐下沉至筒中(圖1).

圖1 空易拉罐上浮,加水的下沉

平平常常的實(shí)驗(yàn)器材,出乎意料的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,激發(fā)了學(xué)生好奇,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣高漲,提升了課堂學(xué)習(xí)的氣氛.

2 用易拉罐活動(dòng) 激發(fā)學(xué)生思考

器材：145mL旺仔牛奶易拉罐(已將上口剪去)2個(gè),大橡膠塞,裝有水的2 000mL燒杯,裝有水的250mL燒杯,食鹽,榔頭等.

在導(dǎo)入的兩個(gè)易拉罐實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,讓學(xué)生思考:怎么使漂浮的易拉罐下沉?并讓學(xué)生進(jìn)行操作,很快大部分學(xué)生都可以通過(guò)加水、加重物或?qū)⒁桌抻美祁^完全敲癟等方法使易拉罐下沉.然后問(wèn)學(xué)生:不改變重力,如何使下沉的易拉罐浮起來(lái)?將導(dǎo)入新課時(shí)下沉的易拉罐放入透明盛液筒中,此時(shí)在透明盛液筒中加入食鹽,隨著食鹽的溶解,發(fā)現(xiàn)易拉罐逐漸上浮至水面(圖2).

圖2 加食鹽溶解后易拉罐上浮

通過(guò)這一系列活動(dòng)使學(xué)生明白:物體的浮沉決定于物體自身的重力和所受浮力的大小關(guān)系,改變重力和浮力可以改變物體的浮沉狀態(tài),而改變物體所受的浮力可以通過(guò)改變物體排開(kāi)液體的體積或液體的密度達(dá)到.

3 用易拉罐模擬 激發(fā)學(xué)生遷移

潛水艇是物體浮沉條件的典型應(yīng)用,教材一般是直接呈現(xiàn)給學(xué)生,我們通過(guò)易拉罐來(lái)模擬潛水艇,讓學(xué)生真正了解潛水艇的原理并嘗試制作.

器材:145mL旺仔牛奶易拉罐(上口已經(jīng)剪去),大橡膠塞2個(gè),甘油注射器,U型玻璃細(xì)管2根(用酒精噴燈彎),凡士林,橡膠管,透明盛液筒.

(1)抽水、注水模擬“潛水艇”

1)橡膠塞上打兩個(gè)等大的孔,用來(lái)安裝兩個(gè)U型玻璃細(xì)管,其中一根U型玻璃細(xì)管略略伸出膠塞,而另一根U型玻璃細(xì)管伸出橡膠塞的長(zhǎng)度略小于易拉罐罐身高度.

2)在橡膠塞和易拉罐管壁抹上凡士林并蓋上,此時(shí)在橡膠塞和易拉罐封口處再次抹上凡士林以達(dá)到密封的效果.

3)將制作好的“潛水艇”放入透明盛液筒中,此時(shí)易拉罐將罐底朝上.

4)甘油注射器吸入100mL水.

5)用橡膠管連接甘油注射器和伸出橡膠塞較短的那個(gè)U型玻璃細(xì)管.

6)將注射器緩慢下推,水慢慢被注入“潛水艇”中,在這過(guò)程中“潛水艇”重力增加,而此時(shí)水對(duì)“潛水艇”的浮力增加沒(méi)有潛水艇重力增加的多,直至“潛水艇”完全沒(méi)入水中時(shí),浮力保持不變,因此“潛水艇”緩慢向下沉,直至“潛水艇”沉至燒杯底部.

7)此時(shí)再將注射器緩慢向上拉,“潛水艇”中的水慢慢被吸入注射器中,在這過(guò)程中“潛水艇”重力減小,而此時(shí)水對(duì)“潛水艇”的浮力并沒(méi)有減小,因此“潛水艇”緩慢上浮,直至“潛水艇”浮出水面.

整個(gè)過(guò)程如圖3所示.

圖3 抽水、注水模擬潛艇

(2)吸氣、排氣模擬“潛水艇”

1)橡膠塞上打一個(gè)孔,在此孔上安裝L型玻璃細(xì)管,玻璃管伸出膠塞的長(zhǎng)度略小于易拉罐罐身高度.

2)用最小號(hào)的打孔器在橡膠塞上打孔,打完之后在膠塞洞口兩端抹上少量凡士林只留一個(gè)微小孔(只能讓水在加壓的時(shí)候緩慢透過(guò)).

3)在橡膠塞和易拉罐管壁抹上凡士林并蓋上,此時(shí)在橡膠塞和易拉罐封口處再次抹上凡士林以達(dá)到密封的效果.

4)將“潛水艇”放入透明盛液筒中,此時(shí)易拉罐將罐底朝上.

5)用橡膠管連接L型玻璃細(xì)管和甘油注射器,并緩慢拉動(dòng)注射器的活塞,此時(shí)“潛水艇”緩慢下沉,在注射器緩慢向上拉的時(shí)候是對(duì)“潛水艇”吸氣的過(guò)程,此時(shí)“潛水艇”內(nèi)部壓強(qiáng)減小,因此盛液筒中的水緩慢向“潛水艇”流進(jìn),“潛水艇”重力增加,而此時(shí)水對(duì)“潛水艇”的浮力增加沒(méi)有潛水艇重力增加的多,直至“潛水艇”完全沒(méi)入水中時(shí),浮力保持不變,因此“潛水艇”緩慢向下沉,直至“潛水艇”沉至燒杯底部.

6)此時(shí)再將注射器活塞緩慢下推,“潛水艇”緩慢上浮,這是對(duì)“潛水艇”排氣的過(guò)程.“潛水艇”內(nèi)部氣壓增大,則易拉罐中的水緩慢流入透明盛液筒,“潛水艇”重力減小,而此時(shí)水對(duì)“潛水艇”的浮力并沒(méi)有減小,因此“潛水艇”緩慢上浮,直至“潛水艇”浮出水面(圖4).

圖4 吸氣、排氣模擬潛艇

通過(guò)抽水、注水及抽氣、吸氣的模擬,使學(xué)生經(jīng)歷潛水艇從原理到設(shè)計(jì)再到實(shí)際成型過(guò)程,讓學(xué)生體驗(yàn)物理知識(shí)在生產(chǎn)、生活以及軍事中的應(yīng)用,培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

4 用易拉罐拓展 激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新

器材：145mL旺仔牛奶易拉罐(上口已剪去),橡膠塞,凡士林,100mL量筒、1 000mL量筒,天平,無(wú)水酒精,水,飽和食鹽水,飽和硫酸銅溶液(將析出的硫酸銅晶體濾除),常溫下飽和硝酸銨溶液(將過(guò)飽和的硝酸銨顆粒濾除).

制作過(guò)程：

(1)用天平依次稱量100mL無(wú)水酒精、水、飽和食鹽水、飽和硫酸銅溶液、常溫下飽和硝酸銨溶液的質(zhì)量,并記錄數(shù)據(jù).

(3)用砂紙磨去旺仔牛奶易拉罐筒身的包裝漆.

(4)在磨去包裝油漆的位置劃兩條豎直的標(biāo)尺線.

(5)在其中一條標(biāo)尺線標(biāo)上0～12的均勻刻度.

(6)在易拉罐中加入25mL水.

(7)在橡膠塞和易拉罐管壁抹上凡士林并蓋上,此時(shí)在橡膠塞和易拉罐封口處再次抹上凡士林以達(dá)到密封的效果.

(8)將易拉罐放入水中.

(9)記下將易拉罐在水中與液面相平時(shí)標(biāo)尺線上的刻度,并用記號(hào)筆將水的密度標(biāo)于罐身上另一標(biāo)尺線上.

(10)重復(fù)“7”“8”“9”步驟,將其他各液體的密度值標(biāo)于易拉罐身.整個(gè)過(guò)程如圖5所示.

圖5 探究不同液體的影響

課堂將這個(gè)自制密度計(jì)的推出,使學(xué)生強(qiáng)烈地感受到物理的魅力.學(xué)生必然渴望了解原理,從而點(diǎn)燃了學(xué)生思維的火花,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力.

項(xiàng)目學(xué)習(xí)堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向,體現(xiàn)學(xué)為中心,注重知識(shí)整合.本節(jié)課以易拉罐為項(xiàng)目貫穿整個(gè)課堂,實(shí)現(xiàn)了寓教于樂(lè),大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力.通過(guò)項(xiàng)目的展開(kāi),提升了學(xué)生的科學(xué)思維,更培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí).