2020年6月21日 星期日

浮力教學

浮力的兩個意義
在液體中減輕的重量,這件事很容易從簡易的力圖來說明
但浮力也等於排開的液體重量,這件事如果沒有實驗幫忙就真的要靠想像了

利用溢水杯來接排開的液體
學生很容易理解物體進入多少,液體就被排開多少
因此這部分我就沒有再用實驗來特別強調(時間的抉擇)
把物體慢慢沉入水中,再從彈簧秤的讀數變化
就可以發現隨著物體沒入的體積越多,減少的重量也越多
「那如果完全沒入之後再放深一點,浮力(減少的重量)會增加嗎?」我問學生
沒想到幾乎所有學生都回答「會...」
「所以你們覺得減少的重量和物體進入水的深度有關?還是體積有關?」
「我覺得是深度」學生回答
因為我用塑膠杯裝重物,因此之前的操作並未把物體完全沒入水中
「很好,那我們怎麼確認是深度的影響?還是沒入體積的影響?」
「那就試試看沒入之後再深一點就好啦~~」學生很快地回答
「好喔」我順著學生的想法直接綁了一串的螺絲慢慢沒入水中
「跟剛剛一樣,浮力會慢慢變大耶」學生說
接著完全沒入後我們得到一個穩定的數字
「我再放深一點,你們注意拉力秤的讀數有沒有變化」
「沒變耶~~」學生覺得不可思議
「所以...」,「和深度無關」學生接著我的話回答



....
接下來把塑膠杯內部的螺絲拿出一些變成浮體的狀況
最後彈簧秤的讀數變成0了

接著我們再測量排開的水重
學生很快發現,和浮力很接近
換成食鹽水試試
排開的食鹽水重和浮力幾乎都相差5g左右
「幾乎都差5g,大家可以怎麼解釋...」
我一開始就有提醒他們,我們的電子拉力計和彈簧秤的最小刻度都是5g
「因為本來就會有5g的上下誤差啊~」學生很快的回答
而且剛好都是多出5g左右


雖然結果不是很漂亮
但學生也可以理解從實驗的角度來歸納
浮力差不多和排開的液體重量相等,就算是不同的液體也一樣
這就夠了
一節課搞定,值得~~
但前置作業花了三節課...

測量浮力

浮力是國中理化的一個大魔王
其實原理不難
但相關的名詞和題型變化實在太多
經常搞得學生呼天喊地
浮力是排開的液體重,也是在液體中減輕的重量
這可以利用溢水杯馬上就能做出來的實驗
但學校沒有溢水杯,幾年前自己買了一個
但也不知道塞去哪裡
乾脆自己做一個先

找一個口徑較大的塑膠罐,這樣才方便放東西進去
在塑膠罐上裁出一個大吸管大小的洞
將大吸管用熱溶膠固定在外面
要留意吸管不要伸入瓶內,水溢流的效果會比較好







物體用塑膠杯
裡面放螺絲,可以隨意調整重量
就可以方便變成沉體或浮體

先測試看看,以免上課又出亂子
但我的電子秤最小單位5g
因此最好量測的重量大一點,不然誤差會很大
物重350g

在水中重290g

溢出的水重60.34g(燒杯質量先扣掉了)

換成食鹽水
同樣調整在食鹽水中290g
溢出的食鹽水重60.78g


但比較看看這兩個的體積


食鹽水

水溢出的體積明顯比食鹽水多
這表示甚麼意思?
這就需要老師幫忙引導學生思考的地方了

這部分到時候用浮體來呈現會更理想
結合船在淡水和海水的浮力和吃水量

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