浅谈[阿基米德原理]演示实验的教学

　　摘 要：阿基米德原理是浮力这部分内容的重点，物体的浮沉条件、物体浮沉条件的应用，都是以本节内容为基础的，成功地演示阿基米德原理实验是教学的关键。阿基米德定律的教学，可采取如下步骤：通过实例或简单实验说明浮力的存在；通过实验（阿基米德定律实验），得出浮力的大小，总结出定律；对浮力产生的原因进行分析；介绍定律的应用。　　关键词：阿基米德原理；浮力；演示实验　　阿基米德原理是浮力内容的第一节，后面的内容——物体的浮沉条件、物体浮沉条件的应用，都是以本节内容为基础的，所以它是浮力这部分内容的重点，成功地演示阿基米德原理实验是教学的关键。　　课本上介绍的阿基米德小筒和溢水杯的实验是使用方便、效果较好的一种演示方法。如果没有课本上介绍的现成仪器，还可以采用其他的方法。例如，把盛满水的茶杯放在饭碗里，就成了溢水杯。小筒和金属圆柱体积也不一定配套（现成仪器的小筒的容积正好等于金属圆柱体的体积），只要小筒的容积不小于金属圆柱体的体积，即金属圆柱体可以放进小筒就行了。　　另一种方法是，取一个量杯，杯里盛适量的水，另取一个弹簧秤，在秤下面挂一节废旧电池。先分别读出量杯里的水位和弹簧秤的示数，再让废旧干电池浸入水里，重新读出上述两项读数。量杯里两次水位差表示干电池的体积，弹簧秤两次读数之差代表浮力。由此可以得出阿基米德原理。　　此外，还可以把一个盛水量筒放在天平上，把天平调到平衡。再用弹簧秤挂一重物，把重物浸在水里，这时弹簧秤下挂的重物的重量“变轻”了，而盛水量筒则“变重”了。根据这个实验，应用牛顿第三定律，便可以得出阿基米德原理。当然，这种方法不宜用于初中，可用于高中物理复习教学。　　在本单元的教学中应当注意，如何把由金属圆柱体浸入水里这样一个特殊实验得出的结论，推广和概括为物体浸入液体里的普遍情形。在实际教学中，既不可能也不必要去穷尽一切特殊情形，而后才作一般结论，但也要避免轻率地去作推广和概括。对此，教学中通常采用两种做法：第一，在做了某一特殊实验后，向学生指出，除了上述实验方法以外，如采用其他材料或其他实验装置和方法，结果都相同；第二，对演示的内容作一些分析，找出现象之间的本质联系，然后进行推广。这样，由特殊推广到一般就有了根据。　　由于这个缘故，初中物理课本在介绍了阿基米德原理定律实验之后，接着便指出：如不用金属圆柱而用石块等形状不规则的物体，不用水而用酒精或盐水等液体来做上面的实验，结果都是一样的。教学时，不要仅仅满足于做成功实验，对于此段叙述，同样要予以重视，这对培养学生正确的思维方法是很重要的。　　至于浮力是怎样产生的第一问题，对于初中学生来说，可以取一个较为简单的特例进行分析，即考虑水中一个立方体的物体，分析它各个面所受的压力（已知活体内部的压强与深度成正比）。由于物体各个侧面在水下所处的深度相同，每一侧面所受的压力数值相等，而两对面上的压力方向相反，所以每两对面的侧面上所受压力都彼此平衡。但顶面和底面由于所处的深度不同，底面所受向上的压力大于顶面所受的向下压力。这样得出的净压力是垂直向上的，这就是浮力。　　将以上的分析方法应用于任意形状的物体时，就比较困难。　　综上所述，阿基米德定律的教学，可采取如下步骤：通过实例或简单实验说明浮力的存在；通过实验（阿基米德定律实验），得出浮力的大小，总结出定律；对浮力产生的原因进行分析；介绍定律的应用（测物体的比重和判别有关物体的浮沉）。　　进行阿基米德定律的教学时，需注意以下问题：　　在成功地进行演示实验之后，重要的是分析浮力产生的原因和正确理解定律的内容。中学生往往会把物体的体积跟排开液体的体积混为一谈，或者认为完全浸在液体里的物体所受的浮力跟　　它在液体里下沉的深度有关，有的甚至认为浮于液面上的物体才受浮力，液体内的物体不受浮力等。针对这些情况，要结合演示提出问题，开展分析讨论。例如，可以分析物体浸在液体里重量减轻的道理；分析浮在液面上的物体平衡的道理；分析物体自接触液面开始，逐渐有更多部分浸入液体直到平衡这一过程；分析原先被按在液体里的物体逐渐露出液面到平衡为止这一过程；分析不同物体在同一液体里的不同浮沉现象；分析同一物体在不同液体里的不同浮沉现象；如何利用浮沉的道理测量固体和液体的比重等等。　　考虑到学生的接受能力，并不要求上述诸方面在一节课上全部解　　决。对于多数学生，只要求懂得测量比重大于液体的固体的比重，至于如何测比重小于液体的固体的比重以及测量液体的比重，就不一定要补充了。　　关于潜水艇、浮船、比重计、飞艇、气球等，都是物体浮沉条仵的应用，也是阿基米德定律的应用。对于这些内容，只要求从物体的重量和所受浮力的大小即从物体浮沉的条件上作些简单说明就可以了，不要求讲述技术细节。比重计只要求联系物体浮沉条件来讲清它的构造原理，不必探求如何刻度。　　在进行阿基米德定律教学乃至整个流体力学教学时，不要为追求分析的完整和理论的严格而对中学生作过多的补充，应在引导学生观察和实验上多下工夫。初中物理课本中本单元的演示实验特别多，其中简易实验尤其多，在练习题中，实验题就占五分之一。教学时，教师不仅要自己积极动手做演示实验，还要引导学生多进行课外实验与观察。　　（作者单位 广东省中山市黄圃镇中学）