第三节　阿基米德原理实验研究

一、研究目的
     1）通过猜想、设计、实验、分析，体验探究过程，尝试在物理实验教学中渗透物理学的研究方法。

     2）学习探究性实验教学设计的思路与方法。

二、实验说明
     阿基米德（公元前287年～公元前212年）是古希腊著名的哲学家，他通过对生活的仔细观察，研究总结出很多物理规律，传说阿基米德原理就是他在洗澡时偶然想到的。阿基米德原理实验研究属于探究性实验，通过本实验研究，可以掌握实验探究法在物理教学中的应用，以便更好的实施探究式教学。

三、实验器材
     弹簧秤、烧杯、大玻璃杯、水槽、木块、小石块、密度不同的盐水、一次性水杯、溢杯、细线、体积相同的铜块和铝块。

四、实验内容
     首先用实验探究的方法设计阿基米德原理的教学，重点突出验证“浮力的大小可能与排开液体的重力有关”的实验设计；按照自己设计的方案进行实验；

     以下是实验探究教学设计的一个案例，供参考。

1、探究设计
     （1）提出问题
     不管是浮在液面还是在液体中下沉的物体，都要受到浮力。浮力的大小与什么因素有关？

     （2）中学生可能的猜想
     可能与物体的密度、物体的体积、液体的密度、物体浸入水中的体积、物体所处的深度等有关。

     （3）建立假设
     引导学生利用“排除法”排除干扰因素，获得较为准确的假设。确定“排开液体的体积和排开液体的密度”影响了浮力的大小。学生进行以下分组实验。

     1）利用“称重法”测量体积相同的铜块和铝块浸没于水中时所受的浮力大小相等，说明浮力大小与物体的密度无关。
     2）利用“称重法”测量同一石块全部浸入水中所受到的浮力大小与部分浸入时所受浮力的大小不同，说明浮力大小与物体的体积有关。
     3） 利用“称重法”测量浸没于水中不同深度的石块所受浮力大小相同，说明浮力的大小与浸没时所处的深度无关。

     由此得出浮力大小可能与液体的密度、物体浸入水中的体积有关。为检验这一假设，需进一步让学生做以下实验，加深感性认识。

     实验一     将空饮料瓶慢慢按入水中，感受浮力的大小。浮力的大小与排开液体的体积有关。
     实验二     将鸡蛋放入水中，然后向水中逐渐加盐，发现加到一定量的盐时，鸡蛋浮在液体表面。这说明浮力的大小与排开液体的密度有关。

     （4）深化假设
     浮力的大小与“排开液体的体积和排开液体的密度”两个因素有关的结论说明浮力的大小与什么力有关呢？

则

     由此进一步猜想：若浮力的大小与“排开液体的体积和排开液体的密度”两个因素有关，则浮力的大小与排开液体的重力有关。

     （5）学生设计实验，验证猜想
      1）如何测浮力？记录表格如何设计？
      2）如何测排开液体的重力？记录表格如何设计？
      3）如何制作排开液体的收集装置？

     利用“称重法”可以测量出物体所受浮力的大小：

     收集并测量排开的液体
     方法一：可以用弹簧测力计测量排开液体所受浮力的大小。

     方法二：将排开液体放入量筒中，测量体积，利用公式求解排开液体的质量和体积。

     （6）学生进行实验探究，教师指导注意指导学生利用石块和木块进行实验探究，顺利完成探究任务。

     （7）分析论证
     引导学生进行实验数据分析，获得实验结论

     （8）评估
     实验中存在的问题：溢出液体受到重力测量的准确性，所用物体的吸水性都是影响实验结论顺利获得的因素。