[摘要] 从平衡力角度出发认识浮力，结合实验谈如何学习阿基米德原理，并总结利用状态谈浮力问题的解题方法。

[关键词] 平衡力  阿基米德原理  状态  解题方法

引言

在司南版教材中，阿基米德原理安排在八年级教材第八章，相对于以往的教材，阿基米德原理安排在《压强》之前，主要是减小中考试题中有关浮力问题的难度，“本部分内容只要求同学们知道阿基米德原理与物体的浮沉条件的意义和价值，要使他们能应用这些知识去解释日常生活中一些物理现象，解决某些简单的问题，能激发起兴趣并产生兴奋感，同时还要让他们去体验在获取和应用这些知识的过程中必须持科学态度的重要性。另外教材在探究中相对完整地展现了《标准》中提出的科学探究七个环节，这样做的目的是让学生掌握索取知识的科学思维方法和参与探究过程的体验。”^[1]

2．阿基米德原理的教学要求

2．1科学内容

（1）通过实验探究,认识浮力. （2）知道物体浮沉条件. （3）经历探究浮力大小的过程. 知道阿基米德原理.

2．2科学探究能力

（1）有准备表达自己观点的意识，（2） 认识科学探究中有合作的精神，（3）能写出简单的探究报告。

2．3教具

见每个实验前的器材.

3．教学中如何运用平衡力知识教授阿基米德原理

本部分教材以内容上主要分为三个块,教学中要按部就班,循序渐进,逐步展开深入.

3．1认识浮力

浮力从性质上看属于弹力一类,教材首先就生活中的一些现象,如巨轮远航,气球腾空,揭示自然界中物体要受到浮力作用,自然过渡到提出问题,什么是浮力?

教材在揭示浮力时采用了称重法,这样做既让同学们明确了浮力的存在,同时也能够知道浮力的大小,为后面讲解阿基米德原理提供知识准备。

[实验一]：器材：弹簧测力计，小石块，细线，烧杯，水

2.把小石块浸入盛有水的烧杯中,静止时读出弹簧测力计的示数为F＇。

3．用手把小石块向上托直到弹簧测力计的示数也为F＇。

分析数据得出结论：

     在实验过程中可以发现F＇＜G，显然物体只受这两个力作用不能保持静止状态，肯定还有一个力，通过实验步骤3可知手应该对小石块有一竖直向上的托力，而在实验步骤2这个托力肯定也存在，那么这个托力的施力物体只能是液体，同时我们可借助于受力分析和平衡力知识得出浮力的大小等于F_浮=G- F＇方向应竖直向上。

结论：浸在液体里的物体受到一竖直向上的托力，这个托力就是浮力，浮力的大小为：F_浮=G- F＇

现象: 氢气球竖直向上飘在空气中,细线下面系住小木块仍处于静止状态.

分析:借助于平衡力知识同样可得出气体对氢气球有一竖直向上的托力,即浮力.

浮力的大小等于:F_浮=G_气球+G_木块

通过上述两个实验可知,液体与气体对浸在其中的物体都有一个竖直向上的托力这个托力就是浮力。

3．2阿基米德原理

知道了测量浮力的方法可以用最简单的称重法测量浮力,人们逐渐探究浮力与哪些因素有关,进而讨论怎样来改变浮力大小,在这里可以举三国时曹冲称象的例子与同学讨论,猜想浮力与物体浸入在液体里的体积有关,还可以通过下面的实验得出浮力与液体的密度有关:

[实验三]:器材:鹌鹑蛋一个,小烧杯,水,食盐

步骤:1.在小烧杯放入适量的水,把鹌鹑蛋放入烧杯中发现其沉入杯底.

2.在小烧杯中慢慢放入食盐会发现鹌鹑蛋逐渐上浮,最后飘在水面上.

             3.再在小烧杯中慢慢加水,会发现鹌鹑蛋又沉入杯底

由此实验可知浮力与液体的密度有关.

    那么浮力与这两个要素有何种关系呢?首先解决这一问题的科学家是阿基米德,教学中可以实际做一下阿基米德原理的实验.

实验方案:1.要用称重法确定浮力大小.

         3.在研究浮力与液体密度有关时,要保持浸在液体里的体积是相等的,即把同一物体完全浸入在不同种液体中.

         4.在这一实验中如何测量物体浸入液体里的体积是关键,可用量筒,也可用溢水杯见图

实验过程:分为定性研究和定量研究

[实验四]:研究浮力与浸入液体里的体积有关

         器材:量筒,水,小石块,弹簧测力计,细线.

步骤:1.把小石块用细线系住挂在弹簧测力计上,观察此时的读数为G

2.在量筒中放入适量的水,记下此时的示数为V.

3.把小石块缓缓地浸入液体中每隔一定的体积,观察量筒示数和弹簧测力计的示数.

4.设计记录数据的表格

小石块自重为G,量筒中原有水为V.

由此可知：浸入液体中体积越大，浮力越大。

[实验五]：研究浮力与液体密度的关系。

         器材：小石块，细线，弹簧测力计，烧杯3个，食盐水，水，煤油，毛巾。

        步骤：1.把小石块用细线系住挂在弹簧测力计上,记下此时的示数为G.

              2.把小石块分别完全浸入在三种液体中,观察此时弹簧测力计的示数F＇.

 3.设计记录表格.

  由此可知:1.液体密度越大,弹簧测力计示数越小,即浮力越大.

           2.浮力于物体浸在液体中的深度无关.

[实验六]:研究浮力与浸入液体里的体积和液体密度的关系:

         器材:小石块,细线,弹簧测力计,溢水杯,烧杯,水,带有挂钩的小桶,量筒

步骤:(1)用弹簧测力计测出小桶的重G₁.

         (2)用细线系住小石块挂在弹簧测力计上测出小石块的自重为G₂

         (3)在溢水杯中注满水

         (4)在小石块缓缓地放入溢水杯中,同时用小桶来盛取被小石块排开的水,观察弹簧测力计的示数F＇.

         (5)再用弹簧测力计测出水与小桶的总重G₃.

         (6)用量筒测出排开水的体积

(7)重复上面步骤(3)、(4)把小石块部分浸入。

小桶自重G₁,小石块自重G₂,_水

分析数据得出结论:

小石块受到的浮力为F_浮=G₂- F＇,被小石块排开的水重为G_排=G₃-G_1,,通过数据分析可得:F_浮=G_排=_液.g.V_排

即:浸在液体里的物体受到液体竖直向上的浮力,浮力的大小等于被物体排开的液体的重,这就是阿基米德原理。

说明:

1.得出了浮力与液体密度和被物体所排开的水(即物体浸入水中的体积)的数量关系。

2.当物体部入浸入时:V_排＜V_物，当物体完全浸入即浸没时:V_排=V_物。

3.同样上述原理,对气体亦适用。

3．3物体的浮沉条件

引入:学习了上述内容后可以用来求物体在液体中所受浮力的大小,但有一些问题解释不了.比如铁块沉入水底,而用铁制造的船却能浮在水面上。因此,必须要明确物体的浮沉条件,这样就可解决一些复杂问题.

   浸入液体中的物体受到两个力作用，即重力与浮力。借助平衡力知识,物体的浮与沉取决于这两个力的大小.

   当F_浮＜G时,将下沉,最终沉底；

   当F_浮=G时,将悬浮,即可停留液体的任一部位；

   当F_浮＞G时,将上浮，最终飘在底上即漂浮.

下面用图解法解读这五种状态(上浮、下沉、悬浮、漂浮、沉底)

便于通过平衡力知识解决浮力问题^[2]。

说明：

1．通过第四行我们可以利用密度来确定浮沉状态，但这些密度仅是指实心物体，推而广之若物体是空心,这里的_物应指物体质量与体积的比值也适用。

2．应用上述原理很容易解释轮船为什么会飘在水上而铁块却沉入水底，因为铁块是实心，_物＞_水故沉底；而轮船是中空，_物＜_水故漂浮。

3．学习上述知识后解浮力题可以通过判断状态而求解浮力。

即：比较_物._液判断状态

4 .如何运用阿基米德原理解题

下面举例说明有关浮力问题的解题方法:

例1.给质量、给体积问题：

如：一物块质量为400g，体积为500cm³浸入水中，受到的浮力为多大

分析：这一类问题若直接应用阿基米基本德原理会出错，因为：

F_浮=_水g.V_排

而物体自重为G=mg=0.4kg×10N/kg=4N

因为F_浮＞G物体不一定完全浸入水中,错解:

正确解法:

再利用漂浮条件:

故物体受到的浮力应为4N

例2：用平均横截面积为2dm³,长为5m,密度为0.5×10³kg/m³的圆木10根,扎一木筏,问当木筏上载有三个质量为50kg的人,木筏浸入在水中的体积是多大,（g=10N/kg）

这一问题在求解时,首先要考虑这一木筏上载有三个质量为50kg的人时,木筏的状态是否是漂浮,故要判断状态.

解:V_筏=10×5m×2×10^-2㎡=1m³

   m_木=_木V_木=0.5×10³kg/m³×1m³=5×10²kg

m_人=150 kg

故m_总=650 kg

阿基米德是古希腊伟大的数学家，力学家，针对他的巨大贡献——阿基米德原理，我在教学中的探究见上，如有不足之处请批评指正。