浅谈对阿基米德原理的认识

浅谈对阿基米德原理的认识

作者：陆奕潭

来源：《学校教育研究》2016年第13期

初中物理阶段，“浮力”这部分内容是重点，是学生力学部分一个比较大的坎儿，而“浮力”这一章的核心内容是“阿基米德原理”，教学实践中，笔者发现相当一部分学生在浮力问题的解决中，由于缺乏对“浮力的形成原因”“影响浮力大小的因素”这两个问题透彻的理解，导致认知模糊，出现认识上的片面和错误：有部分学生认为浮力的大小与体积大小直接相关，体积大的物体受到的浮力大；有部分学生认为浮力大小与物体的密度有关，密度小的物体受到的浮力大；有部分学生认为排开液体的体积与排出去液体的体积一定相等。这些认知上的误区都是学生对阿基米德原理认识不够深刻导致的，我们的教学就是要帮助学生将这些问题搞清楚，那么如何深化学生对阿基米德原理的理解呢？就该话题结合教学实践谈几点笔者的思考，望能有助于教学。

一、实验探究“影响浮力大小的因素”

1.浮力大小与物体的密度无关，与液体的密度有关

生活中学生会有这样的认识：质量相同的石块和木块掉到水里，往往是石块下沉、木块上浮，不由地联系到是不是物体的密度决定着浮力的大小？密度小的物体受到的浮力大。这种认识如何消除呢？

浮力大小与物体的密度大小无关。

对比实验1：将体积相同的铝块和铜块用弹簧测力计分别悬置于空气和水中（如图1所示），用实验的方式测量铝块和铜块受到水的浮力相同。得到结论：浮力大小与物体本身的密度无关。

对比实验2：将铝块用弹簧测力计吊着如图1（2）所示浸在水中，接着向水中加入食盐，引导学生观察弹簧测力计示数的变化，思考弹簧测力计示数的变化意味着什么？（浮力大小的变化）说明了，浮力的大小与液体的密度有关。

通过对比性实验，学生认识到浮力的大小与液体的密度有关，与物体本身的密度无关。 2.浮力大小与物体的体积无关，与物体排开液体的体积有关

为什么会有这种认识上的模糊，有些学生看到一个体块掉到水里会下沉，而一大块铁皮做成了船就不沉了。还有电视、电影里都有捆竹筏的镜头，所以片面的认为物体的体积越大浮力越大。

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对比实验3：提供不同物质的两个物体A和B，两者体积不同，用弹簧测力计分别测出两者在空气中的重力，记录弹簧测力计示数，接着用弹簧秤吊着将它们浸入水中，确保它们排开水的体积相同，分别记录下弹簧测力计的示数，通过示数差相同，感知体积不同的两个物体在排开水体积相同时，浮力大小相等。

对比实验4：用同一块球形橡皮泥，如图2所示，用弹簧测力计在空气中测重力，保持球形浸入水中，记录液面上升到的位置，和弹簧测力计示数。接着捏扁浸入水中，再次记录液面上升的位置和弹簧测力计的示数，可以看到液面上升到同一位置，弹簧测力计示数也相同，说明了浮力的大小与物体的形状无关。

通过对比实验，认识到浮力大小与排开液体的体积有关，与物体的体积无关，与物体的形状无关。

通过对比性实验，帮助学生有效消除了物理学习前概念，为阿基米德原理的学习和理解扫清了障碍，奠定了基础。

二、以“排开液体的体积”为讨论中心 1.排开液体的体积与物体体积的关系

我们必须要让学生认识到什么是排开液体的体积V排。“V排”不是物体的体积，应该是由液体所包围着的那部分的体积，即物体浸在液体中那一部分的体积，那么“V排”与物体的体积“V物”有什么关系呢？

当物体全部浸没在液体中时，V排=V物； 当物体部分浸入液体中时，V排

具体这个认识的建立，不能是和学生空讲理论，还应配合实验，例如对比实验1中学生就能看到这个现象，要注意及时地渗透，然后再进行规律的总结。 2.排开液体的体积与排出去液体体积的关系

我们必须要让学生认识V排与排出去液体的体积不一定相等。这个也是我们在教学中应该要让学生“可见”的，我们在演示“阿基米德原理”的实验时，总是让学生看到“物体排开液体的体积等于从溢水杯中溢出的水的体积”，学生往往会因此而错误地认为物体排开水的体积等于排出去液体的体积，这个也是解题时容易出现的致命错误，教学中如何纠正这个思维定势呢？笔者认为最佳的办法还是实验，对比实验4中，橡皮泥无论是球形还是扁形，浸入水中都使得水面上升，但是都没有水溢出来，所以排开水和将水排出容器外是两回事。 3.排开液体的体积与液体原来的体积关系

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排开液体的体积一定小于原液体的体积？这个问题，很多学生会做出错误的判断，也是在认识“排开液体的体积”这个概念上最难的点。如何消除呢？解决的办法只有实验探究。 为了增加实验的可见度，给水着色装在试管里（少许），接着用一根蜡烛（横截面积比试管直径略小），可以看到什么现象呢？蜡烛不与试管底、壁接触，漂浮在水中，浸在水中蜡烛的体积远大于原来试管中水的体积，即蜡烛排开水的体积要大于原来水的体积，通过实验直观地呈现。

新课程标准指出：课程必须建立在学生发展需要和已有知识、经验的基础上。可见学生已有的知识、经验就是探究的起点。教师在组织学生进行探究活动之前，必须考虑学生的已有知识和经验，确定学生适合探究的知识起点和发展需要的探究路径，才能达到我们常说的让学生“跳起来能摘到果子”的理想效果，如果设置的探究起点过低或过高，都不易激起学生的探究欲望，如何解决教学中学生将遇到的困难？必须充分发挥实验的功效，充分体现了学科探究的严谨性和科学性，例如对于“排开液体的体积”这个内容的讲解，必须要用实验来配合教学，学生才会理解这一原理中的难点，才能提高学生对阿基米德原理的理解。

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