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“浮力秤”制作原理和应用  

2011-09-21 11:15:00|  分类: 教学随笔 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  湖北省钟祥市第二中学   许红艳

一、教具制作初衷:

“浮力”一节是现行人教版九年级《物理》力学部分的重要内容,这一内容的关键部分是研究阿基米德原理。教材中的实验方法,是分别测出物体在空气中的重力和在水中的拉力,求拉力差获得浮力大小,这运用到了二力平衡的知识,理解起来不算复杂,但是实验操作麻烦,尤其是用溢水杯研究G排和F浮两者之间关系时,需要四次测量力的大小才可以研究出一组实验数据。而且溢水法误差大,只能有个大体认识,准确性差。

鉴于以上存在的问题,笔者经过平时的教学实践,对本节的探究实验作了如下改进,供广大同行参考:

二、实验装置:

“浮力秤”制作原理和应用 - zxwzli - 李昌华工作室

 

三、制作与原理

制作材料:

1、一个量程为1kg左右的托盘秤。

2、一个250ml的烧杯。

3、适量实验液体(水或者酒精等)。

器材安装:

1、先把托盘秤上的刻度按照G=mg将质量秤改装成测量力的托力秤。

2、将烧杯中大约装半杯实验液体,放到托盘中,将指针调整到零刻度处(如图),浮力秤制作调试完成。

应用原理:

“浮力秤”制作原理和应用 - zxwzli - 李昌华工作室

 (为方便叙述,下面的实验液体都用水来说明)

如图所示,当将一个重物放入水中时,物体在水中受到水对物体的浮力作用,由物体间力的作用是相互的可知,物体也会给水一个向下压的力,这个压力和浮力是一对相互作用力,所以力的大小是相等的。托盘秤上增加的示数即为物体在水中受到的浮力。

四、教学运用

利用浮力秤在这一章可以做以下几个方面的运用,方便省时省力高效。

1、证明浮力的存在。

当一个重物放到浮力秤上的烧杯里时,会出现台秤示数增加的情况,分析受力情况:台秤示数增加,说明水受到重物给它的一个压力。根据二力平衡,水也给了重物一个向上托的力,这个力就是浮力。

2、探究浮力的产生与哪些因素有关。

如果这节课采用探究式教学,则可以在学生猜想出浮力与什么因素有关之后,利用浮力秤多次测量浮力,进行物理探究。比如:探究浮力大小与液体密度的关系时,可以用同一重物,分别没入水中,直接读出浮力,再换作另一液体,调节液体的多少,使浮力秤的示数指零后再没入该物体,分析比较两次示数,即可得出浮力的大小与液体密度是不是有关。如果实验时的重物大一点,还可以做出浮力大小与液体密度成正比的结果。同理,也一样可以研究浮力大小与浸入液体的体积有关的实验。

3、研究阿基米德原理。

如果将秤上的烧杯改成量杯,先用浮力秤测出浮力大小,然后读出放入重物后水面上升的高度,再加水到上升高度处,直接可看出,所增加水的重力等于物体受到的浮力。再行分析可知,增加的水即物体排开的水重,等于物体在水中受到的浮力。

五、实验时的注意事项:

利用该装置实验时需要注意以下几个方面的问题:

1、调平问题。为了便于学生直接读出浮力的大小,实验时,需将烧杯中放入液体后再将指针调到零刻度处。调零方式有两种,第一种是直接利用台秤的调零装置;第二种是增减烧杯中水的质量调零。如果两种方式调节仍有不便的话,可以将刻度盘取下,直接调节指针到合适位置,用调零装置或者水的多少来微调。

2 、装置的原理说明问题。

在第一次展示该装置时,需要老师引导学生弄懂该秤可以直接测量出浮力的大小。台秤显示的示数大小即浮力大小。为下面的实验铺垫好,方便以后的实验直接测量。

3、研究阿基米德原理时,解决G排等于F浮的问题时,可以选择一种更合适的方法解答。第一种,就是前面所述的用量杯代替烧杯使用。第二种,还可以用一个已知体积的物体,测量浮力后直接添加水至原刻度处,得出所加水的体积刚好等于物体体积。亦可得出浮力等于排开水的重力。如果器材合适,还有许多更巧妙的方法,仁者见仁,智者见智,不拘一格,结论一样。

六、主要优点

此装置除取材容易、制作简单外,还具有以下优点:

1、实验操作简便。

课本中每测量一个浮力都必须要经历两次实验、一次计算,而利用浮力秤则可以一次性测量到位。尤其是学生在自主探究浮力产生原因与什么因素有关时,大大的提高了实验的效率,只需要将所测物体放入液体中就可以直接读出浮力大小,不需要计算和繁复的分析,很直观的就可以看到浮力大小与什么因素有关。

2、精确度高。

因为实验时没有多次测量,所以误差可以大大的减小。有能力的教师还可以用电子秤改装浮力秤,实验的精确性就会更高。操作精准一些,就可以直接得到浮力的大小与物体排开水的体积成正比,与液体的密度成正比,比书本上的定性实验准确得多。

3、实验效率高,可以多次实验提高实验的准确性。

如果按照书本上的实验方法,在四十分钟的有限时间内,完成的浮力实验只能做一次。这样实验的准确性就差了。而用浮力秤就可以多次实验,因为速度快,直观性强。

3、应用广泛。

除了完成上面的实验外,一样也可以研究漂浮物体所受浮力的情况。也就是说,这个装置可以完成书上的所有实验,还可以补充完成书上由于时间限制不能完成的实验。

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