阿基米德原理演示实验的改进

(1.聊城大学物理科学与信息工程学院，山东 聊城 252059；2.山东省聊城一中，山东 聊城 252000)

阿基米德原理演示实验的改进

段德欣1杨磊2

(1.聊城大学物理科学与信息工程学院，山东 聊城 252059；2.山东省聊城一中，山东 聊城 252000)

通过教材分析，笔者对传统的阿基米德原理演示实验进行了改进：一是利用身边可取的材料制作阿基米德演示仪，激发学生设计实验的兴趣；二是利用DISLab设计实验，开拓学生视野，了解现代实验技术的思想和方法。

阿基米德原理；实验改进；DISLab

1 传统的阿基米德原理演示实验

“阿基米德原理”是初中物理教学中的重要内容，是学生学习了浮力之后，由定性了解影响浮力大小的因素，转向定量分析浮力的大小与排开液体重力的关系，是教学的难点。为了突破难点，教师一般要运用实验对阿基米德原理进行验证。

人教版教材安排的阿基米德原理实验共有4个步骤：① 测量物体所受重力；② 物体浸入水中，记录此时弹簧测力计的示数，并用桶收集排出的水；③ 测量小桶和水的总重；④ 测量小桶所受重力[1]。实际的实验步骤并非只有4步，还需要计算浮力大小，计算排开水的重力，并将这两个量进行比较，操作比较繁琐，涉及的量较多，已超出了许多初中学生的认知水平[2]。实验中，手持弹簧测力计时并不稳定，会发生或上或下的移动，容易造成读数误差。整个实验的连续性、直观性较差，不利于学生探究活动的进行。鉴于以上不足，笔者对该实验进行了改进。

2 阿基米德原理演示仪

2.1 实验器材与制作

(1)器材

铁架台、两个弹簧测力计、溢水杯、重物、升降台、接水杯。

(2)器材的制作

溢水杯：将可乐瓶的上半部剪去,在下半部的侧壁上钻一个小孔。把饮料吸管插入小孔后，在小孔周围涂上万能胶，使饮料吸管和可乐瓶连在一起[3]。

接水杯：使用轻质的一次性塑料杯，在杯口处钻四个小孔，用细绳穿连做成挂钩。

2.2 实验步骤

(1)先用弹簧测力计测量重物所受重力，进行记录。

(2)让学生用测力计测量一次性塑料杯所受重力。结果发现，测力计示数很小，可忽略不计。

(3)将装置放置好(如图1)，把重物挂在弹簧测力计上，通过调节升降台改变重物浸入水中的体积。当重物有一部分浸入水中时，溢水杯中的水被排入接水杯中，待水流停止时，记录下此时两个弹簧测力计的读数。

图1

(4)继续通过升降台使溢水杯升高，在此期间记录一组数据。待重物完全浸入到水中时，水流停止，记录此时两个弹簧测力计的示数。

记录三组数据，计算出浮力，与排开液体的重力进行比较，以验证阿基米德原理，让学生感受一个连续性的过程。

2.3 实验分析

从仪器本身所用的材料来讲，用可乐瓶、一次性塑料杯、饮料吸管来制作实验器材，让学生利用生活中常见的物品来解决实验器材问题，从而有效地激发学生设计实验的兴趣，拉近学生与物理之间的距离。从仪器的实验效果来看，操作简单，而且完成了传统实验的各项测量；使用升降台，待水流停止后再读数，既稳定又方便，避免了手持弹簧测力计不稳定造成的读数误差；整个过程可连续进行数据的测量，避免过程重复。

3 利用DISLab验证阿基米德原理

随着现代教育技术的迅猛发展，数字化教学仪器也逐渐应用在教学中，上述的阿基米德演示仪还可以通过DISLab继续进行改进。DISLab是一种用于实时采集数据的智能化系统，主要由传感器、数据采集器、计算机系统及配套应用软件所构成。DISLab根据实验的要求，配备了各种传感器，实时采集各类被测物理量，以便于学生的理解和分析[4]。初中物理作为科学教育的启蒙阶段，应培养学生的创造性，让学生紧跟社会发展的步伐，拓宽视野，因此笔者利用DISLab验证阿基米德原理。

3.1 实验过程

(1)将两个力传感器如图2放置，并通过USB数据线连接到计算机上。

图2

(2)对力传感器a进行调零，用其测出物块的重力。

(3)将溢水杯中装满水，使水面恰好与溢水口相平。

(4)在力传感器b上放置小量筒，并对其进行机械调零，调零后利用力传感器b测得排出液体的重力。

(5)打开电脑上的通用软件，输入“浮力”“排开液体的重力”“视重”三个物理量(“视重”即重物浸入水中时力传感器a的示数)。

(6)编辑“浮力”的公式，浮力=物重-视重。

(7)点击开始采集数据，通过调节升降台让物块平稳地浸入水中，直到全部浸没水中为止，期间多次采集数据，直至实验结束。

3.2 实验结果

根据采集到的数据，得到实验结果如图3所示，验证了阿基米德原理。

图3

4 结语

本文中的装置相比传统实验简便快捷，无须计算，数据采集表格直接显示(如图3)，向学生清晰地展现浮力大小与排开液体所受重力的关系。DISLab在高中阶段已经较为普及，在初中阶段尝试运用DISLab，主要是让学生知道该实验还可通过数字化手段测量、分析数据，为高中的学习打下了基础。

[1] 人民教育出版社，课程教材研究所,物理课程教材开发中心.物理(八年级下册)[M].北京:人民教育出版社,2012:53-55.

[2] 邢红军等.介绍一种新型的阿基米德原理演示仪[J].物理教师,2003,24(7):23-24.

[3] 望文年.阿基米德定律演示实验的改进[J].中小学实验与装备,2000,10(4):17-17.

[4] 彭涛等.对信息技术引入物理教学的思考——基于DISLab的物理实验研究[J].物理教师,2009,30(6):43-45.