谁主沉浮

刘艳军 王桂红

摘要：初中物理教材“物体的浮沉条件”一文中将繁多的应用创新归纳为三大探究主题：一、探究变沉为浮的方法;二、探究变浮为沉的方法;三、如何实现自由沉浮.文中详细描述了三大主题活动中的具体内容，挖掘了与之相关的中国古代文明，而且创新性地加入了与浮沉有关的当代最新的国防科技元素.把传统的较为枯燥的讲授式教学变为以学生为主的探究式，满足了初中阶段学生动手探究的欲望，开阔了视野，使教学达到润物细无声的效果.

关键词：浮沉;重力;浮力

教材“物体的浮沉条件”中涉及浮沉应用的多个方面，例如：鸡蛋悬浮，沉船打捞的原理，潜水艇，热气球，飞艇，密度计等.这些内容在教材中罗列，就像零散的珍珠，散在盘子里，如果教学中仅仅把它们逐个按顺序呈现，学生会感觉散而乱.笔者认为这一系列的应用背后隐藏了一条逻辑线索，即：它们都是围绕如何改变物体浮沉的规律之中.有了这条“线儿”，我们就可以轻松地把这些珍珠串在一起，完美地呈现给学生.下面粗浅谈谈依据这条线索对教材的处理.

这节内容可以分为两大部分：一是浮沉条件;二是浮沉條件的应用.教学过程中，学生对浮沉主要有两种潜在的错误认识：1.浸没在液体中下沉的物体受到的浮力小，上浮的物体受到的浮力大;2.下沉的物体不受浮力.如何有效突破学生的潜在错误认知？如何把浮沉涉及到的琳琅满目的应用巧妙地呈现给学生呢？教学中依据线索把浮沉的多个应用实例归纳为三大探究主题活动.第一：探究变沉为浮的方法;第二：探究变浮为沉的方法;第三：如何实现物体的自由浮沉，下面依次来具体说明.

1探究：变沉为浮的方法

这里涉及的方法大致分为4个小探究.

1.1 如何使沉底的鸡蛋浮起来？

在水中放入新鲜鸡蛋，我们看到的现象是鸡蛋沉底了.问：我们能否使鸡蛋浮起来？引导思考：要想使鸡蛋浮起来，从力学角度分析：G蛋 是固定不变的，那只有增大F浮，而F浮 =ρ液gV排，即增大ρ液.如何来增大ρ液 呢？

方法有很多，每个学生可能都会有自己独特的思考.例如：在水中加入糖，或加入盐等.当F浮>G蛋 时，鸡蛋就会上浮.从面得到利用增大ρ液 的方法使鸡蛋浮起来.

1. 2橡皮泥带来的思考

把橡皮泥放入水中，橡皮泥也沉底了.学生有了鸡蛋上浮的经验，知道了要想使橡皮泥上浮，当然要增大F浮.这次利用增大ρ液 的方法还可以吗？作为教师要让学生尝试失败，学生要从失败中学习、思考.错误分析：原来橡皮泥的密度和水的密度相差比较大，所以要想使橡皮泥浮起来，增大p渡很难实现ρ液≥ρ泥.回到浮力公式：F浮=ρ液gV排，增大ρ液 不行，可以增大V排.如何增大V排 呢？这正是人类科学史上的一个突破：把橡皮泥做成碗状，这就是现代意义上的船能漂浮的原理——由于钢铁材料自身的密度大于水，把它做成空心状，增大它的排水量，从而增大船的浮力.

1.3 铁块如何浮起来呢？

在课堂上无法把坚硬的铁块做成碗状，我们可以想到借助木块或者泡沫等物体，即捆绑法增大F浮.例如把铁块和木块或者泡沫捆绑在一起，当整体的F浮>G总，铁块就可以浮起来，这就是打捞技术！虽然该内容教材是采用学生自读的方式呈现，但是打捞在现实生活中却是一个多么实用的技术问题.

1.4 如何在教室里实现“气球”的飞升呢？

我们通过给薄塑料袋加热，就可以让学生看到热气球的升空过程，这里有个小窍门，就是在黑色薄垃圾袋的边缘别上四个曲别针，这个“热气球”就会稳稳地升空.这里，我们不妨带领学生去了解一下我国古代的“孔明灯”，孔明灯的内容不再赘述.

2 探究：变浮为沉的方法

提供的器材：木块、铁块、带有盖子的空小玻璃瓶、盛水的量筒.

2.1 如何让木块下沉呢？

在前面探究变沉为浮的方法中，学生已经有了经验，所以要让木块下沉，我们可以借助铁块等密度大于水的物体与之捆绑，增大整体的重力，当G总>F浮时，木块就可以下沉了. 2.2 如何让带有盖子的小玻璃瓶下沉呢？

要使小玻璃瓶下沉，当然利用上面使木块下沉的方法可以实现.另外，还有一个更为简单的方法：可以往瓶子里加水，增加玻璃瓶整体的重力.随着玻璃瓶内水量的增加，当G瓶>F浮时，玻璃瓶将下沉，这也是潜水艇下潜的原理.

3 如何实现自由沉浮

在该环节学生容易想到在水中可以自由上浮、下沉的物体：潜水艇.我们可以自制一个潜水艇模型：取一个无色透明硬质塑料小瓶，在底部中央钻一个孔，再在瓶子底部绑一个钩码.取一个塑料针筒，用软管把针筒和小瓶连接起来，这样一个可以在水中直立并自由沉浮的潜艇模型就做好了.教材中对潜水艇的分析：由于潜水艇所受到的浮力不变，当水箱中水量增加时，潜水艇总的重力增大，重力大于浮力，从而下沉;反之上浮.其实，我们可以用另外一种眼光来看待潜水艇的沉浮：潜水艇本身（仅为潜水艇的钢铁结构，不包括里面的水）的重力不变，当水箱中水量增加时，潜水艇内部空间排开水的体积减小，所受到的浮力减小，当浮力小于潜水艇自身重力时，潜水艇下沉;反之上浮.

是不是所有的潜水艇都是这个原理呢？不是.我国最新的潜水利器一一蛟龙号，它不是靠水箱来实现浮沉，而靠的是压载铁.这是因为蛟龙号要沉人海底7000 m以下的深处进行海底作业，此时要想通过把水箱里的水压出去的方法使其上浮，就要克服巨大的水压，耗费巨大的能源，这不论是从技术难度还是成本方面来看都是不可取的.所以，就需要把压载铁抛掉.

综上所述，将教材中繁多的应用内容巧妙地穿插在三大探究活动中，这些活动不仅大大激发了学生的学习热情，开发了他们的智力，同时又能有效地突破教学重点和难点.

参考文献：

[1]易其顺.关于青少年浮力观念发展的调查研究[J].中学物理教学参考，2016 （10）：43 - 47.

[2]杨树梅.利用自制教具突破《压强和浮力》教学难点[J].中学物理，2016（1）：47 -48.