《探究空气的浮力》实验的改进

《探究空气的浮力》实验的改进

胡明珍

贵阳市第一实验中学

摘要：文章是就沪科版八年级物理2012年审定版教材第九章《浮力》第一节《认识浮力》170页实验：探究空气的浮力进行改进。

正文：沪科版八年级物理2012年审定版教材第九章浮力第一节认识浮力170页有一个探究实验为探究空气的浮力。

教材中原实验方案是这样的“将充足气的篮球和套扎在气孔尾端的气球一起挂于杠杆左端，调节杠杆右端钩码的悬挂位置，使杠杆平衡。然后再将扎在气球上的气针插入篮球的气门内，气球随即膨胀。此时的杠杆还能保持平衡吗？为什么?”教材中这个实验是想通过把带针头的气球插入篮球的气门后由于部分气体从篮球中跑到气球中总体质量不变，但总体积变大，所受空气浮力变大，挂篮球一侧会向上翘起。挂钩码一侧会向下沉。说明空气对浸入其中的物理有竖直向上的浮力作用，但是这个实验在具体的操作过称中往往不是那么的顺利。现就本人多次实验的经验与各位分享，不妥之处望批评指正！

1 就实验选材方面

1.1杠杠。教材中选用的杠杠是有刻度无固定挂钩的杠杠。现象：这样做可以任意改变悬挂钩码或篮球的位置不用改变钩码质量也很容易调节杠杠在水平方向上平衡，但是当把带针头气球插入篮球的气门内由于浮力的增大平衡被打破，杠杆会慢慢开始倾斜，此时由于悬挂细线没有固定在一个位置所以很容易滑动对实验影响很大。改进措施：选用有固定挂钩的杠杆。

1.2 配重。教材中选用固定质量的钩码作为与篮球平衡的物体。现象：由于钩码质量固定所以若想改变配重只能是成倍的增长不能实现微调。改进措施：用一个小袋子装上钩码后面只需要微小增加配重时可加入一些粉笔这样在不改变悬挂位置时也方便调节配重使杠杠平衡。

1.3 悬线。悬挂钩码及篮球球网的绳子需要选用结实且表面粗糙的棉线，这样可防止实验过程中配重及篮球球网滑落。

1.4 主球体。教材中选用的是篮球。优点：篮球硬度较大能承受的气压也比较大，可以把篮球中的气压增加到很大，当把气球针管插入篮球气门后，气球体积增长明显但是篮球本身体积变化不大，学生很容易看出气球加篮球总体积是变大的。弊端：篮球质量较大，相同情况下配重质量也会有所增加，这样会导致杠杆形变加重，若浮力效果增大不明显则不易发生倾斜实验效果不明显。还有即便选用的是较硬的材料作为杠杆也可能会因为篮球和配重质量的增大使得杠杆支点所承受压力增大，从而增大支点与杠杆之间的摩擦力。这样的话浮力的作用效果就更加不，明显了。有时做出来不仅篮球一侧没有向上倾斜反而可能下沉。改进措施：选用质量较小的排球或者皮球代替篮球。

1.5 气球的选择。气球最好选用中号气球使气球充气后直径大于13厘米，这样学生容易看出总体体积明显增大。

2 组气孔朝向实验效果对比

实验说明：以上实验中充气后球体质量关系为篮球大于排球大于皮球，体积是排球与皮球几乎相等当时小于篮球体积，气球体积变化是插入篮球中的气球体积变化最大，插入排球中的气球体积和插入皮球中的气球体积变化差不多。

原因分析：1、当气孔向下时气球充气后主球与气球几乎在一条竖直线上。气球所受浮力的作用线与主球重力作用线在水平方向上相隔较小距离，对杠杠平衡影响上主要是因为力的改变，而不是力臂改变影响。2、在实验过程中球体难免要发生旋转，若气孔在侧面气球与杠杆固定支架间可能发生轻微碰撞杠杠晃动且浮力力臂改变范围大，对实验会造成一定的影响。

3 改进后实验操作

3.1 选材。探究空气的浮力实验最佳组合为：有固定挂钩的硬质杠杠、体积与排球相当但是质量较小的皮球、带气针的中号气球、表面粗糙的棉线、配重（小袋子钩码粉笔组合）、球网、打气筒，最后注意装入球网内的皮球气孔朝下。

3.2 调节平衡螺母使杠杆在水平方向上平衡。

3.3 将气球与针尾端绑牢固定好保证不会漏气。

3.4 用打气筒向皮球内充气，在皮球能承受的范围内充气越多越好，最好是充好气候摸上去球体较坚硬。

3.5 把充好气的皮球装入球网内注意皮球气孔朝下。并将带针头的气球放置在悬挂球网上皮球的正上方。

3.6 将配重和球网分别悬挂在杠杆的两侧先调节悬挂位置使杠杆倾斜程度稍小后，固定悬挂位置通过增减袋子内粉笔质量来调节杠杆使之在水平方向上平衡。

3.7 将扎在气球上的气针头插入皮球气门内，注意此动作一定要轻盈，并用手稍稍扶住皮球避免杠杆有较大的晃动。轻轻放手观察气球体积变化及杠杆倾斜程度变化。

学无止境，实验也是需要不断摸索，不断改进的，本人会继续努力研究以期待发现更好的方案，不断的完善我的实验教学。以上意见均为个人见解不当之处欢迎各位不吝赐教！

参考文献：

1. 石红编著：《物理课堂教学技能》，贵阳，贵州人民出版社，2006.9，ISBN7-221-07510-7

2. 义务教育物理课程标准实验教科书编写组:《义务教育教科书物理八年级全一册》，上海，上海科学技术出版社，2012.6，ISBN 978-7-5478-1284-6/G.245

3. 《中学物理》，中国教育学会物理教学专业委员会会刊，2014年3月下半月刊，ISSN1008-4134 CN23-1189/O4