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浅谈对阿基米德原理实验的两大改进

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摘要：阿基米德原理是《浮力》一章的关键。在实际课堂中，大多教师对阿基米德原理的实验通过讲实验的形式处理，错过了对学生科学实验核心素养的培养机会。通过多年的教学实践，对阿基米德原理实验中的实验仪器和实验操作部分，提出一些改进做法，使现象更直观，结论具有普遍性。

关键词：阿基米德原理;实验仪器;实验操作

阿基米德原理实验是人教版初中物理教材的重要教学内容，它在学生认识浮力、了解浮力影响因素的基础上，通过实验的办法让学生推导出浮力的计算方法，为学生分析物体的浮沉条件，解决实际问题提供了理论依据。在实际教学中，我对阿基米德原理的实验仪器和实验操作提出了一些改进做法，现在将对这两个问题进行具体阐述。

一、对阿基米德原理的实验仪器的改进

1.对课本实验的分析

如图1，课本实验的步骤安排是以最少的实验操作为目的做出了设计，原理不复杂，目的明确。但是在操作过程中，本人发现以下几点不足。

（1）用手提着物体浸入水中，手一抖物体容易晃动，导致从溢水杯中溢出的水不够准确;测力计提着物体不够稳定，会对读数过程造成一定的困难，进而造成误差;

（2）由丙到丁的过程，计算G排=G总-G桶，G桶由于桶中有残留水，测量结果也会造成误差;

（3）实验中要测量四组数据，并且要进行计算，数据不够直观，学生接受问题有一定难度。

2.器材改进

（1）如图2，用撑衣杆自制变高的架子套在铁架台上，固定双弹簧测力计，再采用升降台装置。应用升降台可以很好地控制物体缓慢浸入液体，避免物体的轻微晃动，而且弹簧测力计稳定，便于学生观察和读数，便于多次测量。改用红墨水，增大了可见度，还有溢水杯口设计的弯管解决了该测法水容易溅出的问题。

（2）刻度的创新。如图3，自制活动刻度：先用白纸画出与原来分度值相同的刻度，不同的是测量浮力时零刻度在下面，測量排开液体所受重力时零刻度在上面;用硬透明塑料套密封，采用两端固定在弹簧测力计右侧部分，可以上下拉动进行调零（物体未浸入水中，浮力为0，即弹簧测力计所测物体重力处为F浮的0刻度;水未流入小桶中，排开液体重力为0，即弹簧测力计所测小桶重力处为G排的0刻度）。当物体浸入水中，同时弯管的水流进小桶后，利用活动刻度可以直接读出F浮和G排，可以直接做出比较，减少了数据处理的环节，节约实验时间，便于学生发现和归纳结论。在具体的实验中，根据学生使用的重物和小桶不同，只需要调节活动刻度的0刻度，就可以进行探究，操作简单，数据直观。同时保留了原有测力计左侧的刻度，在研究浮力大小变化的同时，也反映了弹簧测力计拉力的变化，多次实验记录数据后，对于学生理解浮力与拉力的区别有很大的帮助。

二、对阿基米德原理的实验操作的改进

1.进行阿基米德原理实验时，先将物体挂在弹簧测力计下，再用手提着弹簧测力计使物体浸入水中，手不可避免地会晃动，因此，在操作方面的必要改进就是固定弹簧测力计，通过升降台的调节改变物体浸入水中的体积。升降台是整个台面的升降，不容易造成一起的晃动，通过对学生的培训，操作并不复杂，学生容易掌握。

2.课本上并没有对阿基米德原理适用气体的情况做出验证，使学生在理解上会造成一定的难度，为此，本人设计了如下的气球实验辅助理解。

（1）如图4，在大可乐瓶盖上装一个自行车气门，通过气门打足空气，然后用棉线把气球捆在气门的里端，放在电子秤上称重G1=m1g;

（2）如图5，打开气门，瓶内的加压空气从气门进入气球，使气球变大，同时发现电子秤示数变小，一直到电子秤示数稳定，称重G2=m2g;从图4到图5的变化量就是F浮，故F浮=G1-G2;

（3）关闭气门，解开棉线，把气球的气放完，继续搭在气门上称G3，如图6。由于现在气球完全浸没在空气中，内外密度相同，所以气球排开空气的重力近似等于气球内空气的重，这时从图4到图6的变化量就是G排，故G排=G1-G3;

（4）比较F浮=G1-G2=（m1-m2）g，G排=G1-G3=（m1-m3）g，若F浮=G排，就可以验证阿基米德原理也适用于气体。

（5）为了使实验具有普遍性，可准备多个瓶子进行验证。

以上两个方面的改进，一是实验仪器改进部分，即双弹簧测力计测法，其在很多资料和优质课都有提到，但只局限用两把弹簧测力计的示数变化量相等来验证阿基米德原理，缺乏直观数据处理。而活动刻度的引入，解决了这方面的问题。二是实验操作改进部分，即气球实验，它的灵感来源于一张图片：篮球内加压空气通过自行车气门流入气球，使气球变大，同时杠杆失去了平衡。本人用大的可乐瓶代替篮球放在电子秤上称，反复实验，设计最简洁的实验步骤，作为演示实验，通过观察微信同屏的电子秤，数据清晰准确。而且气球的膨胀大小变化明显，学生注意力集中。整个设计告诉学生学习物理的方法：多观察、多思考、多动手。两个实验改进响应当前最热门的“核心素养”的教学理念，对一线老师讲清阿基米德原理具有重要作用，使学生正确理解和牢固掌握阿基米德原理这个知识点的应用，而且实验器材都可以由日常生活用品制作出来，可以鼓励学生利用身边器材多做实验，锻炼学生的动手能力，培养学生的创新精神。

参考文献：

[1]赵建军.中学物理教学与研究[M].山东教育出版社，2018.

[2]陈宝义，潘选海.阿基米德原理的改进[J].物理实验，2001，21（3）.

[3]王正蛟.验证阿基米德原理的几种实验对比[J].物理通报，2017（3）.

[4]吴文建，许新胜.“阿基米德原理适用于气体”的实验探究[J].物理教育研究，2017（38）.

作者简介：周燕霞，女，本科，主要从事中学物理教学工作，获2019年湛江市实验说课一等奖。

编辑郭小琴

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