液体的浮沉实验研究论文

《浮力》的学习是以密度、力、二力平衡等知识为基础的，有较强的综合性。从日常生活中，学生已经积累了有关浮力的体验，如木块能漂浮在水面是由于受到水的浮力，氢气球在空中能上升是受到空气的浮力，不同物体在水中的浮沉是不同的等，这些体验都没有经过科学的分析、抽象与概括，只凭学生粗浅的观察分析，形成了一些模糊甚至是错误的观念，这些错误观念的形成又会成为学生学习浮力知识的思维障碍。基于上述原因，在《浮力》教学中，可以让学生通过系列探究活动，从活动中获取信息，从而抽象出概念和规律，消除学生模糊甚至是错误观念。为完成探究活动，将学生分为若干小组，要求每实验小组准备如下器材：鸡蛋一个、大小不同的小石块各一个、细线若干、清水、杯子、水桶、空的饮料瓶、橡皮泥等。教师准备弹簧测力计、玻璃棒、密度计、量筒、圆柱体组（体积为10cm3的铜块、铁块、铝块各一个）、潜水艇模型、酒精、盐水等。探究一：在水中下沉的物体受到浮力吗？设疑：将乒乓球和小石块同时放入盛有水的烧杯中，发现乒乓球会上浮到水面，小石块则沉入水底。乒乓球会上浮到水面是由于水的浮力的作用。生活中遇到的这样的例子很多，如轮船在海面上航行，氢气球脱手后会腾空而起等，那么在水中下沉的物体是否受到浮力呢？猜想：（1）水中下沉的物体不会到浮力，因为受到水的浮力的作用的轮船是漂在水面的。（2）水中下沉的物体会受到浮力，因为将水中的石头搬上岸时，会觉得在水中很轻而搬出水面后觉得石头变重了。设计实验：同学们经过讨论，形成一致的实验方案。将小石块用线系住，挂在弹簧测力计下，浸入水中，观察弹簧测力计的示数是否会发生变化，如果不变，说明在水中下沉的物体不受浮力的作用，如果变小，说明在水中下沉的物体是受到浮力的。同学们用自己准备器材进行实验，获取有关信息。结论：在实验过程同学们发现，当石块浸入水中，测力计的示数变小。这说明在水中下沉的物体也受到浮力，而且浮力的大小就等于测力计两次的示数差。疑问：为什么木块在水中会上浮，石块在水中会下沉？浮力的大小跟哪些因素有关？ 探究二：浮力的大小跟哪些因素有关？设疑：重做上面的实验，将小石块用线系住，挂在弹簧测力计下，慢慢浸入水中，观察到小石块在逐渐浸入水中过程中，测力计的示数会逐渐变小，但在小石块全部沉入后，测力计的示数不再变化，这说明同一物体在不同的情况下所受浮力大小不同的。浮力的大小跟哪些因素有关？猜想：浮力大小究竟和哪些因素有关，大家可以根据生活经验进行猜想，发表自己的见解，并说出自己的理由。1、浮力大小和物体的轻重有关节。理由是轻的木块在水中会浮起来，而重的金属块则沉下去，说明木块所受浮力比金属块大。2、浮力大小和物体体积有关。理由是：“你看！轮船体积大，在海上载这么多的货物，说明它所受的浮力大。”3、浮力大小和物体浸入液体的深度有关。前面的实验说明了这一点。4、浮力大小和液体密度有关。理由是盐水密度大，不饱满的种子的盐水里漂浮而在清水中会沉入水底。对于第一种猜想，应帮助学生纠正关于物体轻重的说法，轻重必须用同体积的物体来进行比较，所以这个学生关于木块的说法应改成浮力大小与物体密度有关，至于木块上浮就说它所受浮力大的错误想法，在下一步实验探究时，由学生自己来纠正。第二种猜想引导学生注意的轮船体积大实质是浸入水中的体积大。将同学们的猜想归纳为四个：浮力的大小可能与物体密度大小有关；浮力大小可能与浸入体积大小有关；浮力大小可能与浸入液体深度有关；浮力大小可能与液体密度大小有关。设计实验：引导运用“控制变量法”进行实验。浮力大小可能和上述因素都有关系，但当我们研究浮力大小和其中一个因素的关系时，必须控制其它因素，使其保持不变，以排除其它因素的影响和干扰。同学们设计并进行实验验证自己所提出的猜想。对验证第一个猜想的小组教师要准备体积相同的不同物体（圆柱体组）。对验证第四个猜想的小组教师要准备盐水、酒精。对同学们在实验中获取的信息的分析处理中，引导学生注意实验中物体浸入液体的深度的改变实质是物体浸入液体中的体积的改变。结论：同学们在用“控制变量法”进行实验后发现，当其它条件都一样，只有物体密度或浸入液体深度不一样时，测得浮力大小相等，说明浮力大小与它们无关；而当其它条件都一样，只有液体密度或物体浸入液体体积不一样时，测得浮力大小不等，说明浮力大小和它们有关。对数据的进行分析比较，得出了结论，即“浸在液体里的物体所受浮力的大小与液体密度和排开液体的体积有关”。探究三：浮力的大小等于什么？设疑：我们已经探究出浮力大小与液体密度和排开液体的体积有关，那么，它们之间有没有确定的数量关系呢？引导同学们由定性到定量、由浅入深地进行探究。在桶中盛大半桶水，用手将空的饮料瓶按入水中，体会饮料瓶所受浮力及其变化，同时观察水面高度的变化，通过分析比较同学们发现，饮料瓶浸入越多，浮力越大，排开水也多。引导学生思维形成“浮力大，排开的水多；浮力小，排开的水少”的定性的认识。提出问题：浮力的大小和排开水的多少是否有着必然的联系呢？引导探究“浮力大小与排开液体所受的重力”究竟是什么关系？猜想：浸入水中的物体所受浮力的大小可能与物体排开水所受的重力相等。设计实验：引导同学们思考；如何测量物体在水中所受浮力的大小？如何测量物体浸入水后排开水所受的重力？对于浮力的测量，同学们很容易想到，在这里重点引导学生讨论测量物体浸入水中后排开水所受的重力。第一种方法：即为教材（人教版义务教育课程标准实验教材《物理》九年级P83中）所示方法，这种方法关键在如何在溢水杯中装满水，使浸入物体排开的水能全部流入小桶中。第二种方法：在量筒中盛适量的水，将物体浸入水中，读出上升的刻度，即为物体排开水的体积，再根据m＝ρV和G＝mg计算出物体所排开水的重力。第三种方法：在喝水的杯子里装满水，测出杯子和水的总重量，然后将物体浸入水中，当杯中水不再溢出里，取出物体，测量杯子和剩下的水的总重量，减轻的重量即为物体排开水的重力。第四种方法：……结论：同学们通过实验惊奇的发现，物体所受的浮力，竟和它所排开水所受的重力正好相等。从而得出阿基米德原理：“浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开液体所受的重力。”浮力的利用设疑：通过前面的探究，同学们已经知道在水中下沉的物体也会受到浮力的作用，同时也知道在水中上浮的物体受到的浮力不一定比下沉的物体所受到的浮力大。为什么乒乓球会浮在水面，而小石块会沉入水底。即物体的浮沉由什么决定？猜想：物体的浮沉由物体自身的重力与所受的浮力的大小关系来决定的。实验探究：将鸡蛋放入盛有水的杯子中，鸡蛋是沉在水底的，向杯中慢慢加盐，边加边搅拌，引导学生观察鸡蛋沉在杯底、悬浮在盐水中、在盐水中上浮最后漂浮在盐水表面等不同现象，让同学们知道下沉、悬浮、上浮、漂浮。同学们经过分析鸡蛋受力情况，利用二力平衡的知识，讨论物体的浮沉条件。结论：当物体所受的浮力大于物体重力（F浮>G物）时，物体会上浮；当物体所受的浮力小于物体重力（F浮

1、在研究物体的浮沉条件时，有个同学无意中发现了一个有趣的现象：把一塑料尺子竖放(或侧放)在水面时，发现尺子迅速下沉了；而当他把尺子平放在水面时，即可发现尺子漂在水面上。 2、竖放(或侧放)尺子在水面上时，尺子下沉，是由于尺子所受的浮力小于它自身的重力而引起的；那又为什么在平放尺子时，它却是漂浮在水面上，若按物体的浮沉条件，物体漂浮时浮力可是等于重力的呀。这两者岂不自相矛盾了吗?问题症结在哪里呢? 3、在高中物理教材第一册“固体和液体的性质”一章中，有一个小实验：要求学生用棉纸把缝衣针垫起放在水面上，当棉纸被水浸湿下沉后，观察现象并说明原因，很多同学认为缝衣针浮在水面是由于液体表面张力作用的原因，以为针受重力、浮力和液体表面张力三者相平衡而使针能漂在水表面上。 4、那么就让我们先来认识一下液体表面张力吧。什么是液体的表面张力呢? 5、液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸气分子对它的斥力很小。不起显著作用。它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分予就可能冲出吸力范围，成为蒸气分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子之间的距离就比较大(r>r0)、正是由于液面分子分布较内部稀疏，分子间距r>r0，分子间引力占优势而产生了液体表面张力，由此可知，液体表面的张力实质是分子间相互作用的合力，它指向液体内部，可见托起硬币的力不可能是液体表面张力。 6、那么让我们再来看看浮力吧。先让我们先做一个实验： 7、在一盛有水的烧杯的水面平放一张滤纸，把一枚面值一角的硬币平放在滤纸上，待滤纸被浸湿而下沉后，发现硬币仍漂在水面上。注意观察硬币周围会发现水面向下凹陷，而硬币并未浸入水中，只是漂在水表面上。由此可见，此时硬币并未受到浮力作用。那是什么力与重力相平衡而使硬币漂在水面上呢? 8、由上一实验现象可知，水面向下凹陷，发生了形变，从而产生了一个与形变方向相反的弹力——支持力，这就如在一个吹气的气球上放上一个物体，由于物体的重力而使气球形变(向下凹陷)，而产生了竖直向上的支持力一样。是这个与重力大小相等、方向相反的支持力使硬币漂在水表面上。( 上面几个实验中的塑料尺子、缝衣针漂在水面上与此相同 ) 9、为什么侧放或竖放尺子、缝衣针以及硬币时，它们都将沉到水底呢?我们还是以硬币为例，当它侧放或竖放时，液面的受力面积很小，压强很大，压力作用效果显著；这与穿高跟鞋踩在沙地，鞋跟将陷入沙中一样，硬币陷入了水中，从而打破了水面的弹性形变，使水表面对它的支持力不复存在。此时硬币只受浮力和重力作用，而由于重力大于浮力，所以硬币很快就下沉到水底了。而平放时，对水面压强很小，就不会发生上述现象，而使硬币浮在水表面上保持平衡。在自然界中，也有许多相类似的现象。有些小昆虫可以在水面上跑来跑去或停留在水面上，不致于陷入水里，也是同样的道理。