熟练使用旁设备改进阿基米德原理实验_阿基米德原理论文

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在现行的初中《物理》教材中,“阿基米德原理”是“浮力”一章的重点知识之一。为了使学生能牢固的掌握这条重要的原理,人教版九年义务教育三年制初级中学教科书《物理》第一册安排了一个随堂演示实验,装置如图1所示。

图1

一、评析教材实验的不足

该实验器材简单,现象直观,是值得称道的。然而在实验器材的选择上仍有不足之处:

1.将烧杯倾斜放置在木块上,如操作者稍有不慎就会碰翻烧杯,既不安全又浪费了宝贵的课堂时间;

2.烧杯嘴短,水易沿杯壁下流,导致排出的水不能全部流进小桶,增大了误差;

3.在实验过程中,用手提弹簧秤测浮力时,眼既要看弹簧秤,又要注意物体不能浮出水面,还不能使物体碰到杯底和杯壁,操作难度较大且用手操作的稳定性差,不利于学生观察;

4.该装置对物体逐步进入水的情况没有研究;

5.弹簧秤的刻度太小,可见度低,不利于学生的观察。

针对以上的几点不足,立足农村中学的实际情况,结合初中学生的心理特点(形象思维占据主要地位)和新课标对该实验的要求(定性验证为主),充分利用农村课程资源,我们对该实验做了如下改进尝试:

二、利用自制溢水杯改进实验

1.实验器材及装置

如图2所示的实验装置,弹簧秤A和B(0~ 10N)、待测物体C、轻质小塑料袋D、自制溢水杯E、方形木块F、铁架台、铁夹及横梁G、水(红色)、玻璃杯、结实的细线。

图2

2.溢水杯的制作方法

找一大号可乐塑料瓶,截去上部保留圆柱体部分,在其侧壁上部钻一直径为2.5cm的圆孔,用一个带孔橡皮塞将圆孔塞紧,孔中插有一直径0.5cm、长约12cm的弯曲玻璃管,溢水杯即制成。

3.改进后的实验

(1)向自制溢水杯E中加水(红色),使水面略超过溢水口处,溢出部分用玻璃杯承接,在水断流后移走玻璃杯;弹簧秤A的上端通过一根细线暂时固定在横梁上(暂时固定是因为后面的实验操作中要通过这根线来调节物体C浸在水中的体积),另一端悬挂物体C于液面上方;用弹簧秤B悬挂塑料袋D,调整好D的位置,以使溢出的水能顺利流入D内,要注意使玻璃管不要接触塑料袋;记下此时两弹簧秤A、B的示数(近似为0)。

(2)将线逐渐下放,使物体C逐渐浸入水中(可依次浸入物体体积约1/3、2/3或全部),被排开的水流入塑料袋D内,弹簧秤A的示数减小的值即为浸入水中的物体所受浮力;弹簧秤B示数,即为排开的水受到的重力。比较,易得两者总是相等的。学生直接看到:浸入液体中的物体受到的浮力等于它排开的液体受到的重力。

4.改进实验的优点

经过改进实验装置,既不存在原实验中烧杯倾斜旋转不安全的因素,又把教师提弹簧秤的手解放出来;把水平桌面上的实验移到架高的竖直平面上,再改用红色水,增大了可见度;并能使重物长时间稳稳当当地停留在塑料杯水中,既不上浮,也不会碰到杯底和杯壁。通过细线的固定将原实验动态的操作过程分解为三个静态的过程,能清楚地展示出三次测量值,为学生长时间观察、对照、分析、理解创造有利条件。

三、利用杆秤改进实验

杆秤对农村的学生来说是常见的,利用杆秤,农村中学生在家里自己可以做“阿基米德原理”实验,同时可以避免课本实验的不足。

1.实验器材及装置

如图3所示。杆秤、(烧水用的)铝壶、轻质塑料袋、水、重物、细线。

图3

2.改进装置后的实验步骤

(1)按图3(a)所示,安装好实验装置,使杆秤处于水平平衡状态,此时,将系秤砣的细线固定在秤杆上。

(2)按图3(b)所示,将重物浸没在装满水的壶中,秤杆发生了倾斜,并将溢出的水接入塑料袋(塑料袋直接用手提着,如图)。

(3)按图3(c)所示,将接了水的塑料袋挂在称勾上,杆秤又重新恢复水平平衡状态。

这样就定性的验证了阿基米德原理。

3.几点说明

(1)如果调节秤砣平衡杆秤需要两次,平衡的调节把握不很准,读数当然也要两次,这样会增大实验误差。为避免这一点所以将秤砣固定。

(2)铝壶也可用其他合适器材或自制器材代替。

(3)杆秤是农村中学生常见之物,学生对图3 (a)、(c)中的杆秤前后两次平衡的意义很容易理解,有助于理解和掌握阿基米德原理的内涵。

(4)该实验的优点在于所用材料全部可以在农村的日常生活中找到,操作简便,形象直观。

四、对两改进实验的总结

以上两个验证阿基米德原理的实验,立足于农村中学实际,利用农村中学丰富的物理课程资源,提高了实验效果,更重要的是使学生意识到物理就在身边,物理与生活联系非常紧密,激发了学生的学习兴趣,培养了学生的创新精神,也增强了学生的动手能力。

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