密度測量實驗在初中物理教學中的應用

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摘要：實驗在初中物理中是加深學生對知識進行理解的有效途徑，密度測量實驗則是其中十分重要的一個探究性實驗，它要求學生能夠較為準確的測量物體的質量和體積，并在此基礎上計算出物體的密度，是物理學中比較常用的一種實驗方法。在實驗的進行過程中尋找質量和體積是一個關鍵點，它與學生所做的實驗步驟息息相關，教師在實驗進行時應當提醒學生謹慎操作，讓學生將待測物理量測量結果盡可能的精確化，以保證最后的實驗測量結果較為正確。讓實驗能夠順利進行的法寶則是良好的心態與踏實的基礎，因此，教師在實驗進行前也應當緩解學生的壓力使學生能夠在放松的狀態下完成實驗。

關鍵詞：密度測量實驗；初中物理；固液對比；結合公式；掌握方法

教師在教授學生物理實驗的過程中，也應當時刻讓學生進行基礎知識的鞏固，使他們不僅能夠通過實驗加強自己的實踐能力，也能在實驗的過程中對自己所學的知識理解的更加深刻。除此之外，實驗也是物理課中較為活潑的一個過程，能夠很好的激起學生的物理興趣。因此，教師一定要認真的對待實驗這項內容，培養學生的物理興趣，讓學生從中獲益。本文將結合筆者自身多年的物理教學經驗，對密度測量實驗在初中物理教學中的有效應用進行一番簡單的探討，希望能給廣大教師和學生帶來一定的幫助。

1固液對比，牢記密度大小

密度測量實驗中最基礎的步驟則是體積的測量，因此，學生一定要牢記所測物體及多種液體的密度，以便從多種液體中選出最合適的一種，從而對物體進行準確的體積測量。對于那些密度比水大的物體，學生可選用排水法來測量物體的體積，而對于那些密度比水小的物體，它們無法完全浸入水中，自然不能使用水這種液體來進行測量。例如，在石蠟塊的密度測量實驗時，基本的密度大小知識則會派上用場。因為石蠟塊的密度小于水的密度，因此，在進行這個實驗時，學生在不能選用最常見的水液體來測量石蠟塊的體積，而應當另選其他比水密度小的液體或者使用細沙這種流動性較強的固體來進行測量。假如沒有比石蠟塊密度小的液體，那就應當使用針壓法或者墜物法將石蠟塊浸入液體中，利用量筒前后體積差，從而測量出石蠟塊的體積。如果是測量液體的密度，而在測量液體的體積時，由于要用燒杯裝液體，為了避免殘留帶來的誤差，則要采取剩余差值法，即先在燒杯中裝入適量的待測液體，用調好的天平測量出燒杯和液體質量然后把燒杯中的部分液體倒入量筒，讀取其體積，用天平測得燒杯中剩余液體和燒杯的總質量，根據前后兩者的質量差值求出其質量，根據測出的體積與求出的質量算出相關液體的密度。因此，牢記常用固體及液體的密度是十分重要的，否則一旦選取了不恰當的實驗材料那就會導致實驗的必然失敗，所以，教師一定要提醒學生牢記常用材料的密度。

2結合公式，明確要素關系

公式可謂是密度測量實驗中的精華所在，因為，一旦沒有了公式，那種種通過測量所得出的數據也就沒了用武之地，物體的密度也就不可能計算出來了。所以，學生在進行實驗的過程中，不應當盲目的去測量一些數據，而是應當先將公式掌握好，明確公式中各個要素的關系之后再進行實驗的操作。這樣，學生不僅學會了實驗，還能從實驗中學一些探究問題的方法。例如，在做小石塊的密度測量實驗時，密度公式的組成要素是物體的質量和體積，通過公式學生便可明確密度的計算需要測量質量和體積。如果只有天平，無量筒，質量測量沒有問題，那體積該怎么測量呢?這就讓學生進行的實驗有了難度。引導學生用已學的知識來找答案，前面學過等效替代法，用水的體積代替石頭的體積。用天平測出石塊的質量m1，玻璃瓶裝滿水測出質量m2，將石塊放入瓶中，溢出水后，測出瓶、石塊及剩余水的質量m3，根據質量守恒可知排開水的質量m排=m1+m2-m3，再結合水的密度公式可求水的體積，石塊體積等效水的體積。或者用做標記的辦法也可以，先在燒杯中裝入適量水，用天平測出杯和水的總質量m1，然后用細線系住石塊浸沒水中，用記號筆標出水面的位置，石塊取出，在燒杯中加水至記號處，用天平測出此時總質量m2，可知加入水的質量為m2-m1，石塊體積等效水的體積亦可求。如果同樣情況下測液體密度呢？一樣的道理，用水來等效其體積，不要溢水，只要裝滿液體，然后倒干凈用水裝滿即等體積了。有學生會問了，那如果沒有天平，只有量筒那能測嗎？肯定可以了，如果是初二學生，可以待浮力章節學好了再回頭解答，留個懸念，激發學生學習的興趣。如果是密度比水小的固體，量筒中裝有一定量的水體積記為V1，固體放到量筒內處于漂浮狀態，此時體積記為V2，據漂浮狀態重力與浮力相等，G=F浮。根據阿基德米德原理，浮力等于排開水的重力，利用水的密度和量筒刻度前后差值可知排開水的體積為V2-V1，求得固體的質量m=ρ水(V2-V1)，再用針壓法把固體恰好浸沒，記得此時量筒內液面體積V3，這樣就可以求出固體的體積為V3-V1，然后結合密度公式就可以求了。如果是密度大于水的固體，這就復雜點了，再借助個木塊就可以了。量筒內裝一定體積水記為V1，先讓木塊漂浮在量筒內。記錄體積V2，然后固體放在木塊上，記錄體積V3，最后用細線系石頭放入量筒，記錄體積V4，同理求得固體的質量m=ρ水(V3-V2)，體積V=V4-V1，然后結合密度公式即可求。再者，若是液體密度該如何測？同理，再次借助水這個特殊液體，先找個密度比較小的固體放入裝有水的量筒漂浮，浮力等于重力，再把這個固體放入裝有待測液體的量筒漂浮，浮力還是等于重力，前后兩次浮力都等于固體重力,ρ水g(V2-V1)=ρ液g(V4-V3)，即可以求液體密度。總之，明確了要素關系后，那在接下來做實驗的過程中，學生便可有思想，有目標的去一步一步的完成各項實驗步驟，從而得到質量的記錄數據和體積的記錄數據。在這個過程中，公式則是其中最重要的支撐點，因為結合公式，學生才能夠游刃有余的將數據進行一一測量，也正是因為公式，學生才能通過測量數據來計算出最終的結果。所以在實驗的進行中，學生一定要結合公式，明確要素關系。

3掌握方法，加強物理實踐

物理的實驗方法有多種多樣，但實驗的方法步驟卻是可以總結歸納的。通過密度測量實驗的學習和總結，學生便可解決大多數需要通過測量和公式來計算最終結果的實驗。因此，密度測量實驗雖不是最重要最有用的實驗，但教師也應當讓學生牢牢掌握方法，從而在之后的實驗中做到舉一反三，有效加強自己的物理實踐能力。例如，還是在測量小石塊的實驗時，要對測量器材的準備有一定的了解，天平、量筒、水、金屬塊、細繩都是不可缺少的。如果現在沒有了天平和量筒，給了你彈簧測力計，燒杯和水該怎么測呢?引導學生思考彈簧測力計可以解決什么問題，很明顯用細線系住石塊，用調整好的彈簧測力計測得石塊的重力G。然后用彈簧測力計懸掛著石頭，將石頭完全浸沒在盛有水的燒杯內，記下此時示數F，根據彈簧稱的兩次讀數可以算出石塊所受的浮力等于G-F，再根據阿基米德原理即可以求出密度。那如果換成測液體密度又該怎么辦了呢?同樣的，在上面兩次懸掛的基礎上，用彈簧測力計懸掛著石頭，將石頭完全浸沒在被測液體中，即第三次懸掛，如下此時彈簧稱的讀數F2讀第二次懸掛時彈簧稱的讀數為F1，則根據F浮1=G-F1=ρ水gV排和F浮2=G-F2=ρ液gV排聯立起來解方程就可得出密度表達式。這些過程中，每一個步驟都是不可缺少的，中間的操作也必須保證嚴謹。在物理實驗中，提供給我們的器材是不一樣的，測量物體密度的步驟和方法也是不一樣的，但本質是一樣的，學生可以通過牢記實驗原理來掌握此種類型實驗的實驗方法，從而使自己的物理實踐能力得到提高。總而言之，物理實驗是物理教學內容中能使學生獲益頗深的教學內容。單從密度測量實驗中，學生便可學到質量、體積的測量方法及其關鍵點和知識點的聯系，除此之外，學生還能掌握一些科學實驗的思維方法。因此，教師一定要嚴肅對待物理實驗，有目的性的挑選實驗器材來讓學生操作，讓學生在實驗中提升科學素養，鍛煉科學思維，奠定下良好的實驗知識基礎，為之后的高中學習做好準備。

作者:黃少豐 單位:福州時代中學