初中物理實(shí)驗(yàn)《探究阿基米德原理》的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其分析

1、初中物理實(shí)驗(yàn)?探究阿基米德原理?的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及其分析摘要展示并分析了初中物理實(shí)驗(yàn)“探究阿基米德原理的一個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)。與教材原有實(shí)驗(yàn)相比，增加了趣味實(shí)驗(yàn)來引入問題，通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟、改造實(shí)驗(yàn)器材，增強(qiáng)了可視性，實(shí)現(xiàn)了量化分析，克服了教材中原本探究實(shí)驗(yàn)的片面性，完善了實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。關(guān)鍵詞探究阿基米德原理;實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中圖分類號(hào)：G633.7          文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19694/j ki.issn2095-2457.2021.14.511?探究阿基米德原理?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)注：本實(shí)驗(yàn)來自人教

2、版2021版初中物理八年級(jí)下冊(cè)第十章第二節(jié)?阿基米德原理??！緦?shí)驗(yàn)器材】自制浮沉子1個(gè)、空易拉罐一個(gè)、鐵架臺(tái)一個(gè)含鐵夾、100g鉤碼4個(gè)、平板測(cè)力計(jì)2個(gè)、溢水杯及小桶一套、細(xì)線2條?！緦?shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)】1經(jīng)歷探究浮力的大小跟排開液體所受重力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)會(huì)操作、會(huì)記錄、會(huì)分析、會(huì)論證。2能復(fù)述阿基米德原理并書寫其數(shù)學(xué)表達(dá)式，解釋簡(jiǎn)單生活現(xiàn)象。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)】先用趣味實(shí)驗(yàn)小魔術(shù)“神奇的浮沉子引出問題，進(jìn)而讓學(xué)生進(jìn)行猜想，分小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，各小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，再到各小組交流討論?！緦?shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)】實(shí)驗(yàn)根本方法是測(cè)出物體所受浮力和物體排開液體的重力并進(jìn)行比較。器材進(jìn)行了如下改進(jìn)：增加了

3、鐵架臺(tái)和額外的測(cè)力計(jì)以便同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)力，用4個(gè)100g鉤碼作為重物代替了小石塊以便控制物體排開水的體積。實(shí)驗(yàn)步驟也進(jìn)行了調(diào)整，將測(cè)空小桶重提到前面第一步，防止所測(cè)質(zhì)量值偏大?！緦?shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)】整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程分為四個(gè)環(huán)節(jié)，具體如下：環(huán)節(jié)一：小魔術(shù)“神奇的浮沉子引出問題1教師表演小魔術(shù)“神奇的浮沉子。2學(xué)生操作浮沉子，體驗(yàn)控制方法，提出問題。3用按壓空易拉罐入水中的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)物體浸入液體的體積等于物體排開液體的體積，再用影響浮力大小兩個(gè)因素引出浮力大小可能與物體排開液體的重力有關(guān)這一問題。環(huán)節(jié)二：科學(xué)探究阿基米德原理1實(shí)驗(yàn)原理：分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)力浮力與重力，進(jìn)行比照。其中物體所受浮力F浮=G石-F拉，

4、物體排開水的重力G排=G總-G桶。2實(shí)驗(yàn)步驟1安裝儀器：將兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)分別用細(xì)線掛在鐵架臺(tái)鐵夾上。2把空小桶掛在右側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)上，記下彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)G桶。3將4個(gè)100g鉤碼用細(xì)線掛在左彈簧測(cè)力計(jì)上，那么G物=4N不變。4將溢水杯裝滿水后放在鉤碼下方，將小桶放在接水口處。旋轉(zhuǎn)左側(cè)橫桿把手讓1個(gè)鉤碼浸沒在水中，記下左側(cè)拉力值F拉;再把裝著排出來的水的小桶掛到右側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)上，記下小桶和排開水的總重G總。5依次讓2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)浸沒在水中，同樣記下三組F拉和G總。6由F浮=G石-F拉和G排=G總-G桶分別算出F浮和G排。7得出“浮力大小等于物體排開液體的重力的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。環(huán)節(jié)三：展示阿基米德原理

5、1內(nèi)容：浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于它排開液體的重力。2數(shù)學(xué)表達(dá)式：F浮=G排3用于計(jì)算的導(dǎo)出式：F浮=G排=m排g=液gV排4適用范圍：液體和氣體環(huán)節(jié)四：回憶小魔術(shù)1再次展示“神奇的浮沉子，讓學(xué)生討論、答復(fù)為什么浮沉子可以實(shí)現(xiàn)自由升降。2介紹浮沉子的制作材料和方法，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課后小制作?！窘虒W(xué)反思與自我評(píng)價(jià)】1三大亮點(diǎn)一是可視性更強(qiáng)，小魔術(shù)“神奇的浮沉子、改造器材都給予了學(xué)生視覺上的沖擊和思維上的碰撞。二是探究更科學(xué)、更完整、更準(zhǔn)確，定量分析重物全部浸沒和局部浸入兩種情況。三是低本錢，易操作。浮沉子取材簡(jiǎn)單，制作方便，易于存放，不易變形。鉤碼、測(cè)力計(jì)、鐵架臺(tái)、細(xì)線都是實(shí)驗(yàn)室常備器材

6、，自制器材安裝和操作都很方便。本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新不需要增加高精尖器材，不增加老師負(fù)擔(dān)，簡(jiǎn)單，高效，易于實(shí)現(xiàn)。2缺乏之處：鐵架臺(tái)高度不夠由于鐵架臺(tái)的桿長(zhǎng)度有限，在裝置的左側(cè)先掛彈簧測(cè)力計(jì)再掛4個(gè)鉤碼后，下端很容易碰到溢水杯的水面、甚至提前浸入水中，造成實(shí)驗(yàn)誤差。因此，在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議將鐵架臺(tái)左側(cè)掛彈簧測(cè)力計(jì)處伸出桌子外面，另用一個(gè)凳子來放溢水杯。3可拓展之處：特殊方法測(cè)密度拓展一、將鉤碼換成不吸水的固體，浸沒在水中，測(cè)出排開水的重力后，可以計(jì)算排開水的體積，可以實(shí)現(xiàn)缺量筒測(cè)未知固體密度。拓展二、同一個(gè)鉤碼先后浸沒在水中和待測(cè)液體中，記下排開水重力、排開液體重力，可以計(jì)算排開液體體積，再利用浮力公式

7、，可以實(shí)現(xiàn)缺量筒測(cè)未知液體密度。2?探究阿基米德原理?實(shí)驗(yàn)分析2.1關(guān)于自制浮沉子在實(shí)驗(yàn)引入方面，用一個(gè)趣味實(shí)驗(yàn)小魔術(shù)“神奇的浮沉子來引入課題，吸引了學(xué)生的注意力，將學(xué)生逐漸引到到本實(shí)驗(yàn)上來。從現(xiàn)場(chǎng)演示來看，浮沉子上浮、下沉非常明顯，可觀性很強(qiáng)，演示效果很不錯(cuò)。從浮沉子制作和存放來看：其材料包括很常見的一個(gè)透明飲料瓶、幾個(gè)回形針、一截塑料吸管。浮沉子的制作也很簡(jiǎn)單，將假設(shè)干回形針密封在塑料吸管中，放入瓶子，再裝滿水即可。不需要實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，可以連瓶子一起存放，也可單獨(dú)將塑料吸管浮沉子取出存放好，易于存放，不易變形。2.2關(guān)于實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)整原教材設(shè)計(jì)中測(cè)量步驟為：測(cè)石塊重力，測(cè)石塊拉力，測(cè)水和桶總重

8、力，測(cè)空桶重力。存在的問題：由于先測(cè)桶和水的總重，再測(cè)空桶重，由于水有殘留，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的空桶重偏大而有實(shí)驗(yàn)誤差。新設(shè)計(jì)進(jìn)行了步驟調(diào)整，將“測(cè)空桶重這個(gè)步驟由第四步調(diào)整到第一步，防止了空桶重的測(cè)量誤差。通過實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)整，使實(shí)驗(yàn)更合理。2.3關(guān)于實(shí)驗(yàn)器材改造2.3.1教材中的實(shí)驗(yàn)器材存在著一些問題一是教材采用小石塊作為實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，只研究小石塊完全浸沒在液體中的情形。由于只探究了物體完全浸沒在水中的情況，具有片面性，會(huì)導(dǎo)致學(xué)生進(jìn)入這樣的思維誤區(qū)：誤以為只有物體完全浸沒在液體中時(shí)才符合阿基米德原理，在物體局部浸入液體時(shí)不符合阿基米德原理。這樣的理解偏差會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)造成困擾。二是學(xué)生在測(cè)量4個(gè)

9、力的大小時(shí)都是手持彈簧測(cè)力計(jì)，本身就不方便觀察，還容易晃動(dòng)導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。在關(guān)鍵的步驟上出現(xiàn)這樣的重大隱患，對(duì)本實(shí)驗(yàn)的成功率是有影響的。2.3.2新設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)器材改造新設(shè)計(jì)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行如下改造：以4個(gè)100g鉤碼替代小石塊作為研究對(duì)象，同時(shí)利用鐵架臺(tái)掛放物體和兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)。把4個(gè)鉤碼用繩子掛在鐵架臺(tái)的配套鐵夾的橫桿上，旋轉(zhuǎn)把手就可以控制鉤碼的升降，方便控制鉤碼浸入水中的體積。優(yōu)點(diǎn)：一是操作更簡(jiǎn)單，只要旋轉(zhuǎn)“把手就可以實(shí)現(xiàn)物體升降。二是探究更科學(xué)更完整?？梢蕴骄课矬w全部浸沒水中和局部浸入水中兩種情形，而且可以采集多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，探究更全面，論證更科學(xué)合理。三是讀數(shù)更準(zhǔn)確。兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)都掛在鐵架臺(tái)上，學(xué)生解放了雙手，可以在穩(wěn)定的情況下讀數(shù)，更準(zhǔn)確。另外，兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)同時(shí)讀數(shù)，防止了測(cè)量不同的力時(shí)切換麻煩。總之，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)不少。無論是課前吸引眼球的小魔術(shù)“神奇的浮沉子引入，還是實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)，都有很強(qiáng)的可視性。用鉤碼替代小石塊能夠很好地完善實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了探究的科學(xué)性。浮沉子采