阿基米德原理实验展示创新

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  江苏省扬州市邗江实验学校
  浮力是初中物理力学部分的难点,它以阿基米德原理为基础不断变化引申,很多学生对阿基米德原理实验过程理解不通、不深,数据收集、处理不真、不清,在匆忙和迷惑中记住了阿基米德原理的公式,实质上对浮力问题是一知半解的。因此,对阿基米德原理实验进行改进和创新,能帮助学生深入理解阿基米德原理的来龙去脉,掌握等式成立的依据,以及公式变形的缘由,从而帮助学生迈过浮力学习这道坎。
  一、传统实验器材
  传统实验器材及操作如图1:弹簧测力计、圆柱体、小桶、烧杯、水、小木块。由于实验中存在以下问题,导致学生不能深刻的理解阿基米德原理。
  1.实验方式复杂、步骤多、思维跨度大;
  2.只做一次实验,结论可信度低;
  3.手拿弹簧测力计读数,测量数据不准确;
  4.数据处理不直观,结论得出不清晰。
  二、改进实验器材
  改进器材及组装如图2:弹簧测力计、圆柱体、小桶、溢水桶、水、红墨水、长方体铁箱(白纸覆盖)、挂钩、钩码、棉绳、电工胶带、润滑油。
  改进器材的目的主要是增强实验的可见性和可操作性,重视实验数据的真实性和准确性,主要改进点如下:
  1.图2中挂四个弹簧测力计,AB位置处的弹簧测力计显示物体物体所受浮力变化情况,CD位置处的弹簧测力计显示排开物体重力变化情况。
  2.图2中,B位置处的弹簧测力计用棉线悬挂,棉线另一端穿入铁箱顶部,并于内部的钩码相连(如图3),利用定滑輪特点,拉动棉绳可实现B位置处圆柱体上下移动;
  3.图2中,B处溢水杯的溢水口处用电工胶带延长,打火机略做烘烤,用手将口部捏出向下的弧度(如图4),并在胶带内部涂抹少量润滑油减小阻力,使水快速、全部流入小桶。
  三、实验操作展示
  在实验过程中,提醒学生对比AB处的示数,感知浮力的存在和变化;对比BC处的示数,感知浮力和排开液体重力之间的变化趋势,组装好实验器材后,实验操作如下:
  1.检查ABCD处弹簧测力计是否调零;
  2.在AB处的弹簧测力计上挂同样的圆柱体,检验弹簧测力计示数是否相同;在CD处的弹簧测力计上挂同样的小桶,检验弹簧测力计示数是否相同;
  3.在B位置处的溢水桶,加染色后的水至溢水口后,拉绳调节B位置处圆柱体位置,使其约三分之一浸入水中,拍摄照片一,收集证据;
  4.继续拉绳调节B位置处圆柱体,使其约三分之二浸入水中,拍摄照片二,收集证据;
  5.拉绳将B位置处圆柱体全部浸入水中,拍摄照片三,收集证据;
  6.展示并计算三张照片中AB和CD弹簧测力计示数变化值得出结论。
  总结改进后的实验过程,可发现本套装置功能直观,左边AB弹簧测力计展示排开液体重力变化,右边CD弹簧测力计展示圆柱体受到浮力变化;实验操作过程简单,教师通过拉绳,就能实现多次实验;实验过程动静结合,学生观察点明确,可见度高印象深刻;实验数据真实,数据处理清晰,实验结论水到渠成。
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