简约的浮沉实验器

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摘要：作者设计了一种简单的浮沉实验器，使学生能通过实验，观察并体验到“漂浮、悬浮、上浮、下沉”的全过程。

关键词：浮沉；泡沫：创新

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1003-6148（2013）11（S）-0058-2

物体浮沉实验是初中物理实验教学的难点，按照现行教材教学，学生不能清晰完整地经历物体的浮沉全过程，因而对物体“漂浮、悬浮、上浮、下沉”现象体验不深刻，进而影响到对物体浮沉条件的理解。为此笔者在教学实践中对物体浮沉条件的实验进行了创新设计，取得良好的实验效果，介绍如下。

1实验铺垫

泡沫塑料随处可见，其特点之一是很容易被压缩。取一块体积稍大尽可能松软的泡沫塑料（以能放进饮料瓶为宜），放入装有90%以上体积水的饮料瓶中，拧紧瓶盖，用较大力握瓶身，可以看到漂浮在水面上的泡沫塑料块体积明显地减小了，松开手后，泡沫塑料块又恢复原状（如图l所示）。

2创新设计物体浮沉实验器

2.1准备器材

500mL普通饮料瓶一只、长约8cm小螺丝刀一支、小泡沫塑料一块（例如：可以选取纯牛奶纸箱内的泡沫衬垫，该泡沫宽约1.5cm、厚约1.2cm，截取约2.5cm的长度即可）、水适量（图略）。

2.2调试器材

拿出准备好的长方体泡沫塑料块，将小螺丝刀从中穿过，并且让螺丝刀口穿出泡沫塑料几毫米的长度。螺丝刀起配重作用，能让泡沫塑料块在水中呈竖直状态。不断调整泡沫塑料块的体积大小，一直到将其投入水中时，泡沫塑料块上表面刚好浸没在水中为止，即仅让螺丝刀口露出水面。在实际操作中，一开始选取的泡沫塑料块体积可以稍大些，再根据实际情况逐渐削减。反复尝试，直到符合上述要求。把螺丝刀和泡沫塑料当作一个物体来考虑，则这个物体呈漂浮状态（如图2所示），至此器材调试完毕。

2.3进行实验

将饮料瓶装90%左右体积的水，把调试好的带有螺丝刀的泡沫塑料块投入水中（让螺丝刀口这端朝上），则物体漂浮，然后拧紧瓶盖，确保饮料瓶不漏气。接着，用手握住瓶身，逐渐加大握力。可以看到泡沫塑料块上表面的螺丝刀口慢慢浸入水中直至浸没，此时物体呈悬浮状态。如果保持握力大小不变，物体就一直保持着稳定的悬浮状态（如图3所示），学生切实观察到悬浮现象。继续加大握力。物体下沉。最后沉到水底（如图4所示）。如果这时松开手，物体立刻上浮，最终漂浮，小螺丝刀口又重新露出水面。

2.4对实验的说明

学生根据平时生活经验以及在“1.实验铺垫”的启发下，认识到本方案是通过改变物体排开水的体积来改变浮力的。学生可以由此进一步领悟，既然改变的物理量是物体的体积。而物体的质量并未改变，那么在浮沉全过程中物体的密度是变化的。因此，这样设计实验不仅可以从受力分析的角度来研究物体的浮沉条件，还能够由物质密度与水的密度大小关系这个角度来分析物体的浮沉条件。真正实现化难为易，抽象变具体。这个方案，选材方便，都是身边的物品，学生就地取材，可以安排成课外小实验，激发探究兴趣。增强感性认识。培养动手能力，在实践中掌握知识，真正体现从生活走向物理的理念。笔者任课班级很多学生按照要求自制了这个实验装置。效果良好。值得一提的是，实验中的泡沫塑料至少有两个优点：其一是调整体积的大小非常方便，可以任意改变。根据配重（小螺丝刀等）的不同均能调试到最佳状态：其二是这种材料很容易被压缩。置于密封的饮料瓶内时，只要稍稍用力握瓶子，加大瓶内的压力时，其体积可以明显减小，从而可以随心所欲地改变浮力大小，简洁、快捷、清晰、稳定、可控地显示“漂浮、悬浮、上浮、下沉”现象。另外，上面提到，螺丝刀口穿出泡沫塑料几毫米的长度即可（不宜过长），这是因为如果长度太大。一方面。可能导致泡沫塑料在水中不能呈竖直状态；另一方面。在加大对瓶子的握力时，尽管泡沫塑料因受压体积减小。即减小排开水的体积，浮力减小，在物体重力不变时，物体可以下沉，但在螺丝刀口慢慢浸入水的过程中又不断增加了排开水的体积。因而要让物体继续下沉。只有进一步压缩泡沫塑料的体积才能实现，这样就需要用更大的握力。给实验操作带来不便。所以螺丝刀口露出水面的部分越少越好。