水的浮力科學論文

　　《水的浮力》是自然第五冊的第十四課,教學重點是使學生認識水的浮力;小編整理的，希望你能從中得到感悟!

　　篇一

　　案例分析《水的浮力》

　　摘 要：本文在浙教版《水的浮力》案例分析基礎上，立足初中生科學素養的培養，以生為本，以學定教，尊重學生原有經驗，尊重事實。立足科學課堂教學，闡述了科學教學過程中如何促進科學概念的形成。

　　關鍵詞： 原有經驗 科學概念 科學概念的形成

　　北師大教授朱正威在《科學概念的教學是有規律的》一文中指出：科學教育，提高學生科學素養，是以形成階段的、遞進的、系列的科學概念為其重要特徵的。朱老師同時指出，好的科學教育就是要幫助學生生動活潑地、主動地從諸多事物及其變化中去尋求規律，構建科學概念。中央教育科學研究所鬱波老師這樣表述：科學概念是用一句完整的話，表達的對事物或現象的理解和解釋，反映了事物或現象間的聯絡，體現的是一種科學的觀念。

　　在自我實踐和聽課觀摩中發現，目前科學教學還存在以知識的灌輸為主要方式的教學，學生的認知還停留在較低水平，阻礙著學生科學概念的形成。根據科學的統計結果顯示，所有科學知識的90%都是近一百年裡發現的，而且還在迅速地增加。所以，事實性的科學知識是窮其一生也學不完的，因此超越主題和事實進行思維，在教學中幫助學生獲得重要的和可遷移的科學概念，有深層次的理解能力，以形成科學概念，才能適應知識膨脹和複雜的環境。

　　以《水的浮力》第二課時“阿基米德原理”課堂教學為例，在科學教學中促進初中生科學概念的形成可從以下幾點出發。

　　一、要促進科學概念的形成，需要了解學生的原有經驗

　　原有經驗是學生通過探索世界並獲得的知識基礎和生活中逐步建立的經驗。現代研究表明，教學要基於學生的原有經驗，才能產生有意義的影響，實現有效教學。比如在學習了浮力的概念後，課前提問：“物體在水中的不同深度受到的浮力大小是否一樣?”，會有非常多的學生回答說不一樣，越深處浮力越大。學生知道浮力是指浸在液體或氣體中的物體受到向上託的力，他們認為如果把一個漂浮在水面的物體，按入水中時，按的越深用的力越大。這種來自生活的體驗因為缺少實驗資料的測量，加之學生運用知識的侷限性，很難消除。瞭解了學生原有經驗就能開展有針對性的教學，以幫助學生完善知識結構，形成科學概念。

　　二、要促進科學概念的形成，需要大量的事實為基礎

　　科學概念的形成離不開事實，大量的事實是學生抽象概念、初步建立概念的依據。例如：

　　當人躺在浴缸的水中時，人會有什麼感覺?水發生了什麼變化?人為什麼會變輕?水面為什麼會上升?人佔據了水的空間，將水排開，水面上升，而向上的力越來越大。那麼，你認為浮力的大小可能跟什麼因素有關?

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　　以事實為基礎，要求事實應是飽滿的豐富的，幫助學生在觀察蒐集科學事實中感知和了解，學生才有話可說。相關的事例越豐富，就越有可能抽象、概括地形成一種理性的解釋和表述，初步建立科學概念。同樣的阿基米德的原理的得出，不是在浴缸中的一次偶然發現就能得出的。實際教學中舉一個例項，做一個實驗，做一個探究，就匆匆忙忙總結一個概念，比比皆是。對於科學教學來說，很顯然是不合適的。

　　三、要促進科學概念的形成，需要以學生活動為載體

　　學生活動是科學教學的有效組織形式，科學教育課程改革中非常重視學生的親身經歷，把學生活動提到了教學中很高的地位，但就目前課堂實踐發現，儘管活動很精彩，學生很興奮，但課後反思我們組織的活動目的，教師卻無法說得清楚，為活動而活動，失去了活動本身的主旨。針對這種情況，筆者認為應注意以下幾點：

　　在組織學生活動中，先要明確教學目標。

　　教學目標關注知識、能力、情感態度價值觀三個維度，以及在學習過程中的有機統一。體現在教師是否對教學內容的透徹理解和把握上，是否能真正貫徹於教學之中。如何貫徹，應重視教學目標是否指向科學概念的形成不只是備教材，還應備學生，依據學生的認知規律，要引導學生從親身體驗，觀察實驗，由表及裡，層層深入幫助學生形成科學概念。

　　在組織學生活動中，要有充足的變式。

　　很顯然生活中的情景是多樣化的，單一的某一個實驗要得出一個普遍的科學概念，那是蒼白無力的，也不利於學生的掌握與運用。充足的變式為學生提供多樣的情景，在此基礎上，尋找共同的特性，歸納總結規律，有利於科學概念的形成。活動中多一些變式有利於培養學生思維的深刻性;也有利於學生對實際問題的動態處理.克服思維和心理的定勢。所以本節課上，我設計瞭如下學生活動：浮力與物體排開水的多少之間的關係

　　【實驗器材】彈簧秤、鐵塊、水、細線、溢水杯、小燒杯、量筒

　　【討論並設計實驗】：如何利用這些器材進行實驗?怎麼樣安排實驗的步驟?應當設計怎樣的實驗資料記錄表?

　　【實驗步驟，收集證據】

　　在幫助學生建立“阿基米德原理”的概念時，老師既要考慮全部浸沒的物體所受浮力大小與排開液體重力之間的關係，又要考慮部分浸沒時關係;既要考慮密度比水大在水中能下沉狀態的物體，又要考慮密度比水小在水中處於漂浮狀態的物體。因此在實驗的最後環節，我是這樣設計變式的：

　　一小塊石蠟，嘗試通過實驗來探究石蠟在水中所受浮力大小與哪些因素有關。結合二力平衡知識，由學生設計活動，參與到活動中來完成科學概念的形成過程，這是一個為學生呈現事物複雜實況的過程;是一個向學生展示事物個性的過程;是一個為學生提供豐富感性認識的過程。

　　很顯然，如果這一步沒有深究下去，只按照課本設計“浮力與物體排開水的關係”一個活動得出“阿基米德原理”，寫在黑板上，讓學生記牢、背熟，你會發現這樣建立起來的概念是膚淺的，是不深刻的，是死的。同樣型別的題目，做三遍，講三遍，還是會錯，這是為什麼?不是學生笨，也不是題目難，而是知識沒懂，是概念不清。如果這時候繼續做題，想通過題海來彌補，結果只有一個，老師和學生一起在苦海中掙扎。

　　3.在組織學生活動時，要重視引導學生觀察。 　　學生在活動中首先形成對某種事物的行為、運動或變化的初步印象，用科學的研究方法，設計實驗分析問題，解決問題，理性的觀察事物。在觀察中思考並對所觀察的現象加以解釋能形成初步的具有說服力的概念;這種初步的概念在孩子們進行下一個類似現象的觀察中，常常被運用，並可能被證實、修正或發展。漫無目的的觀察無異於浪費時間，失去學生活動的的真實意義。

　　四、要促進科學概念的形成，需要關注概念的正確表述

　　在科學概念的形成過程中我們做了許多工作，從學生原有經驗、大量事實出發，依託學生活動探究以形成科學概念，接下來我們要用語言和文字表達出來，分享交流掌握。語言、文字是思維的工具，當概念以簡練的、確切的語言、文字來表述時，就有了一個較縝密的思維工具，促進學生更深入的學習和研究。

　　當把同一鐵塊緩慢地浸入水中時，學生得出結論：物體所受浮力與物體在水中的深度有關。教師在再實驗再觀察的基礎上，引導學生正確表述，在物體沒有完全浸沒在水中時，物體在水的所處深度越大，浮力就越大;當物體完全浸沒時，浮力將不再改變。

　　五、要促進科學概念的形成，應注重知識的遷移

　　科學概念的實際意義旨在解決實際的問題，在知識的運用過程中，應指導學生對問題背後本質分析和理解，如在物體浮沉條件學習過程中，有很多學生認為漂浮在液麵上的物體所受浮力大於重力，因為在他看來既然能浮在水面必然是這樣的，缺少用理論解決實際問題時的能力。教師應該創設許多機會，讓學生在新情景下運用已有概念去理解這些不在身邊的事例，如“瓦良格”號航空母艦試航; “蛟龍”號攻克我國深海技術領域難關等。

　　結束語：

　　教學的過程本就是促進學生科學概念形成的過程，只教會學生知識，永遠是狹隘的，永遠不能幫助學生建立正確的科學觀，培養良好的科學素養，唯有知識目標、活動目標、科學概念形成目標具體到課堂教學中，學生的能力才能得到最大限度的發展，學生才能學會主動學習，在所有這些目標裝在每個老師的心裡，貫徹到每一節課的教學中，新課程所倡導的三維目標就能得以實現。

　　參考文獻：

　　[1]朱正威 《生物學通報》 2011第03期 《科學概念的教學是有規律的》

　　[2]鬱波 《關注科學概念》講座 2010年12月

　　[3]樂水仙 《中學物理》2011年08期 《初中物理概念課新解》

　　篇二

　　利用實驗解決《水的浮力》教學中學生的九個典型問題

　　摘要：儘管浙教版《科學》教材中安排了拉力差法測浮力、阿基米德原理、製作密度計等8個活動或實驗。水的浮力》不僅是初中科學教學的重點內容。

　　關鍵詞：實驗，水的浮力

　　《水的浮力》不僅是初中科學教學的重點內容，也是學生學習科學困惑最多的一個地方。儘管浙教版《科學》教材中安排了拉力差法測浮力、阿基米德原理、製作密度計等8個活動或實驗，但由於《浮力》內容難度較大，加上學生之前又從生活中積累了許多有關浮力的錯誤前概念，要取得較理想的教學效果，很需要教師在利用好書本實驗的基礎上，針對學生的典型問題補充相關實驗。筆者結合自己多年的教學情況，例舉《浮力》教學中學生存在的9個典型問題和針對性實驗，以求拋磚引玉。

典型問題1：浸在水裡上浮的物體原因是受到了水的浮力，那麼浸在水裡下沉的物體受到水的浮力嗎?

　　疑問緣起：水面上的木塊、泡沫等物體需要用力往下摁，才能將它們壓入水中，因為它們受到了水的浮力;而石頭、鐵塊等物體放入水中，它們馬上下沉，那麼這些下沉的物體是不是不受水的浮力呢?

　　實驗準備：200克鉤碼，彈簧秤，燒杯***裝水***等器材。

　　實驗過程：如圖1所示，用彈簧秤測出鉤碼的重力***彈簧秤示數F1***和鉤碼浸沒在水中時彈簧秤的讀數F2，計算出鉤碼在水裡受到水對它的浮力大小：F浮=F1-F2。

　　實驗結論：浸在水裡下沉的物體，水對它們也有浮力作用。

　　本質分析：浸在水裡要下沉的物體原因是其受到的浮力小於本身的重力，浸在水裡要上浮的物體原因是其受到的浮力大於本身的重力。

　　典型問題2，浸在水裡的物體都會受到浮力作用嗎?

疑問緣起：正如典型問題1所述，浸在水裡下沉的物體和浸在水裡上浮的物體，都要受到水的浮力，那麼是否是浸在水裡的任何物體都要受到水對它們的浮力呢?

　　實驗準備：剪掉瓶底的可樂瓶，乒乓球，燒杯***裝水***等器材。

　　實驗過程：如圖2所示，將一個乒乓球放入剪掉瓶底的瓶口朝下的可樂瓶中，用燒杯往乒乓球上倒水，觀察乒乓球的運動情況。發現水從瓶口流出，但乒乓球並沒有上浮。

　　實驗結論：浸在水裡的乒乓球沒有受到水對它的浮力，因此，並不是所有浸在水裡的物體都會受到浮力作用。日常生活中常常見到的水裡的橋墩、陷在河泥裡的沉船、打在河床裡的木樁等一般都不受浮力。

　　本質分析：浸在水裡的物體是否受到浮力作用，關鍵是比較水對物體向上的壓力F向上和水對物體向下的壓力F向下的大小，若存在向上的壓力差則物體受到浮力，否則就不受浮力。

　　典型問題3，浸在水裡的物體受到的浮力大小與它們的形狀有關嗎?

　　疑問緣起：平時看到浸在水裡的各種不同形狀的物體，有的上浮，有的下沉，那麼它們受到的浮力大小與它們的形狀有關係嗎?

　　實驗準備：橡皮泥，彈簧秤，燒杯***裝水***等器材。

實驗過程：如圖3所示，用彈簧秤測出橡皮泥的重力***彈簧秤的讀數F1***和圓形橡皮 泥浸沒在水裡彈簧秤的讀數F2以及橡皮泥被捏扁後浸沒在水裡彈簧秤的讀數F3，計算出橡皮泥在不同形狀時受到的浮力大小：F浮圓=F1-F2，F浮扁=F1-F3。

　　實驗結論：浸沒在水裡不同形狀、相同質量的橡皮泥，受到的浮力大小相同。

　　本質分析：浸在水裡的質量相同、形狀不同的同種物體，由於其體積相同，所以它們排開水的體積和受到的浮力大小都相同。

　　典型問題4，浸在水中的物體受到的浮力與物體浸在水裡的深度有關嗎?

　　疑問緣起：游泳時，人從淺水區走向深水區，感覺受到水對人的浮力逐漸增大，那麼浸在水裡的物體受到水的浮力與它們在水裡的深度有關係嗎?

　　實驗準備：圓柱體銅塊，不規則石塊，細線，彈簧秤，帶刻度的燒杯***裝水***等器材。

　　實驗過程1：測出圓柱體銅塊的重力G銅，將銅塊慢慢浸入水中***不浸沒***，測量銅塊在水裡的深度和對應彈簧秤的讀數，並把實驗資料記錄在表1中。

　　表1

　　深度***銅塊下表面到水面的距離***/***釐米***0123

　　彈簧秤讀數***牛頓***4.54.44.34.2

　　浮力大小***牛頓***00.10.20.3

　　實驗過程2：將銅塊慢慢浸沒水中，測量銅塊浸沒在水裡的深度和對應彈簧秤的讀數，並把實驗資料記錄在表2中。

　　表2

　　深度***銅塊上表面到水面的距離***/***釐米***0123

　　彈簧秤讀數***牛頓***4.04.04.04.0

　　浮力大小***牛頓***0.50.50.50.5

　　實驗過程3：測出小石塊的重力G石，將小石塊慢慢浸入水中***不浸沒***，測量石塊在水裡的深度和對應彈簧秤的讀數，並把實驗資料記錄在表3中。

　　表3

　　深度***石塊下表面到水面的距離***/***釐米***0123

　　彈簧秤讀數***牛頓***1.51.41.351.22

　　浮力大小***牛頓***00.10.150.28

　　實驗過程4：將小石塊慢慢浸沒水中，測量小石塊浸沒在水裡的深度和對應彈簧秤的讀數，並把實驗資料記錄在表4中。

　　表4

　　深度***石塊上表面到水面的距離***/***釐米***0123

　　彈簧秤讀數***牛頓***1.11.11.11.1

　　浮力大小***牛頓***0.40.40.40.4

　　實驗結論：物體浸沒水面之前，物體受到浮力的大小與深度有關***體積滿足V=Sh的物體受到的浮力與浸入水中的深度成正比，體積V≠Sh的物體受到的浮力與浸入水中的深度不成正比，但也符合深度越大，浮力越大的規律***;當物體浸沒水面之後，物體受到的浮力大小與深度無關。

本質分析：水中的物體在浸沒之前，受到的浮力隨物體浸入水裡深度的增加而增大，表面上看是浸入水裡的深度影響了浮力的大小，實質上是浸入水裡的深度增大了物體排開水的體積，從而改變了浮力的大小。當物體浸沒在水裡之後，物體在水裡的深度不能繼續影響物體排開水的體積，所以浮力大小不再改變。

　　典型問題5，浸在水裡的物體受到浮力的大小與它浸在水裡的表面積大小有關嗎?

　　疑問緣起：當物體浸入水裡時，總可以發現隨著物體浸入水裡的表面積增大，物體受到的浮力也增大，那麼浸在水裡的物體受到浮力的大小與物體浸在水裡表面積的大小有關嗎?

　　實驗準備：兩個相同的圓柱體銅塊，細線，彈簧秤，透明膠，燒杯***裝水***等器材。

　　實驗過程：如圖示4所示，用彈簧秤測出兩個銅塊的總重力，測量兩銅塊用透明膠連在一起和獨立分開後銅塊浸沒水裡時彈簧秤的讀數F2和F3，計算銅塊受到的浮力，並將實驗資料填寫在表5中。

　　表5

　　銅塊情況銅塊重力***牛頓***彈簧秤讀數***牛頓***浮力大小***牛頓***

　　用透明膠將銅塊膠成一個圓柱體9.08.01.0

　　兩個銅塊獨立分開9.08.01.0

　　實驗結論：浸在水裡的物體受到浮力的大小與它浸入水面的表面積大小無關。

　　本質分析：如典型問題4本質分析，水中的物體在浸沒之前，物體排開水的體積隨浸入水中物體表面積的增加而增大。表面上看是浸入水裡的物體表面積大小影響浮力大小，實質上仍然是物體排開水的體積決定浮力的大小。待物體浸沒水中後，儘管表面積變化，但受到浮力大小不變***典型問題3亦可說明結論***。

　　典型問題6，浮力的大小與浸入水中物體的密度大小有關嗎?

　　疑問緣起：質量相同的石塊和木塊浸沒水中，密度大的石塊總會下沉，而密度小的木塊總要上浮，是不是密度小的物體受到的浮力大，而密度大的物體受到的浮力要小些呢?

　　實驗準備：體積相同的鋁塊、銅塊，細線，彈簧秤，燒杯***裝水***等器材。

　　實驗過程：先用彈簧秤分別測出鋁塊、銅塊的重力，再測出鋁塊、銅塊浸沒在水裡時彈簧秤的讀數，計算出鋁塊、銅塊各自所受浮力大小。

　　實驗結論：體積相同的鋁塊和銅塊浸沒水裡時，受到的浮力大小相同。浮力的大小與物體本身密度大小無關，只與排開液體的密度和體積有關。

　　本質分析：物體受到水對它的浮力大小與物體排開水的體積多少有關，質量相同的鐵塊和木塊，木塊體積大，而鐵塊體積小，浸沒水中時，木塊排開水的體積大於鐵塊排開水的體積，所以木塊受到的浮力大於鐵塊受到的浮力，並且大於其自身重力，因此總會上浮，而鐵塊受到浮力小於其自身重力，因而總要下沉。

　　典型問題7，1牛頓的水最多能產生大於1牛頓的浮力嗎?

　　疑問緣起：容器內1牛頓的水，全部被浸入的物體排開，也才只有1牛頓，況且容器內的水不可能被全部排開的，所以1牛頓的水怎麼可能產生大於1牛頓的浮力呢?

實驗準備：內徑比250毫升礦泉水瓶直徑略大的圓柱形容器，彈簧秤，裝有150毫升水的250毫升容積的礦泉水瓶，量筒，燒杯***裝水***。

　　實驗過程：如圖5所示，先將裝有150毫升水的礦泉水瓶放入圓柱形容器內，再用量筒量取100毫升水，並把量取的水慢慢地倒入圓柱形容器內，觀察礦泉水瓶的浮沉情況，直至礦泉水瓶浮起，記錄量筒內剩餘水的體積，計算出已經倒入圓柱形容器內水的體積和重量。

　　實驗結論：用了不到100毫升的水就能托起內裝150毫升水的瓶子，所以1牛頓的水最多能產生大於1牛頓浮力。

　　本質分析：阿基米德原理中物體排開液體的體積實質上是指物體浸在液體裡的那部分體積，而不是容器內液體本身的體積。當容器內液體體積不夠大時，也可以產生較大的V排液，V排液可以大於容器內原有液體的體積，也可以小於容器內原有液體的體積。

　　典型問題8，湖面上一艘裝有石塊的輪船，將其中的石塊投入湖中，湖面水位為什麼變低呢?

　　疑問緣起：漂浮在湖面上裝有石塊的輪船，由於石塊裝在船中，所以石塊沒有排開湖水，當把石塊投入湖裡後，石塊排開湖水了，它排開湖水的體積為石塊本身的體積，所以此時湖水水面應該變高，怎麼可能會變低呢?

　　實驗準備：燒杯***裝水***，蒸發皿，小石塊若干，記號筆。

實驗過程：如圖示6，讓蒸發皿漂浮在裝水的燒杯裡，將小石塊放在蒸發皿中，在燒杯外壁用記號筆畫上此時水面位置;再將蒸發皿裡的小石塊取出放到燒杯中水裡，待水位穩定後比較此時燒杯內水面位置和原記號位置，即可知道水位變化情況。

　　實驗結論：湖面上裝有石塊的輪船，將其中的石塊投入湖中，湖面水位變低。

　　本質分析：根據阿基米德原理和物體浮沉條件可知，石塊在船裡時，它受到的浮力等於其自身重力，此時它排開水的體積V1=m石塊/ρ水;將它投入水裡後，由於它受到的浮力小於其自身重力，所以沉入水中，此時它排開水的體積為其自身體積，大小為V2=m石塊/ρ石塊，顯然有V1>V2，因此水位下降。

典型問題9，海面下的潛水艇在上浮時，潛水艇受到的浮力大小為什麼不變呢?

　　疑問緣起：海面下的潛水艇利用高壓氣體把水倉中的海水排入大海，減輕了潛水艇自身的重量，同時由於高壓氣體佔據了水倉中原來由海水佔據的空間，所以潛水艇排開海水的體積相應增大，因此潛水艇受到海水的浮力是增大的，怎麼可能不變呢?

　　實驗準備：帶蓋的青黴素藥瓶一個，細線，量筒***裝水***等器材。

　　實驗過程：如圖7所示，用細線繫住裝滿水的用蓋子密封的青黴素藥瓶，並將瓶子浸沒到量筒內的水底，讀出量筒內水面上升的體積，轉換成此時藥瓶受到水的浮力;從量筒的水裡提出藥瓶，將其中的水倒出部分後仍舊用蓋子密封，將瓶子浸沒到量筒內水裡一半深度處***預示潛水艇上浮了些***，讀出量筒內水面上升的體積，轉換為此時瓶子受到水的浮力。然後比較藥瓶兩次受到浮力大小的情況。

　　實驗結論：藥瓶內水量的多少不影響瓶子浸沒到水裡後瓶子所排開水的體積，即瓶子排開水的重力不變，也就是受到水的浮力大小不變。

　　本質分析：潛水艇水倉裡水量的多少並不影響潛水艇本身排開液體體積的多少，即潛水艇的V排不會隨水倉內水量的多少而改變，故潛水艇在海面以下上浮或下潛時受到海水的浮力大小都相同。