用鸡蛋进行的浮力实验

来源 :中学物理·初中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ry0205
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  生活中越来越多的日常用品被用作实验器材,如蜡烛、乒乓球、吹风机、吸管、回形针、水果、电池等,数不胜数,我们不可小觑这些随处可见的小材料,它们却蕴含了大量的实验价值.如果与初高中物理教学相结合,不仅能够实现教学目标,也能够培养学生的发现与创新的能力,这也正是我们素质教育所倡导的培养模式.挖掘这些材料的实验价值,用来演示杠杆原理,探究浮力大小等等,实现了课程资源的开发,大大丰富了物理实验的教学资源.
  目前,生活化教学已成为物理实验的流行趋势.我们可以看到许多自制教具被应用到课堂教学中,有些应用可能还不成熟,也逐渐有不少研究人员发现问题,并对实验装置作出改进.本文将实验的关注点聚焦在日常中触手可得的鸡蛋上,充分挖掘它在浮力的知识点上的实验价值.论述将从两个方面展开:一是定性实验,让鸡蛋来演绎物体的浮与沉;二是定量实验,定量探究浮沉状态下需满足的条件.在论述中,将全面介绍各实验的器材与步骤,以及实验装置上的改进,旨在向读者传达实验的材料是可替代的,实验能在保证不失本真的条件下更加简单.也希望鼓励读者能够善于发现,勤于思考,为实验资源的开发献出自己的智慧.
  1演绎浮与沉
  在煮鸡蛋的过程中,我们看到不管是生鸡蛋还是熟鸡蛋都是沉在水底,当然也有少数的鸡蛋能浮在水面,当然这样的鸡蛋说明是变质的.那么如何让一只正常的鸡蛋浮起来呢?可以采取下面的方法.
  1.1加溶剂,增大溶液的密度
  常见的方法就是向水里加盐,可以增加溶液的密度.食盐中的主要成分是氯化钠,氯化钠的溶解性会随着温度的不同有些差异,0 ℃时100 mL的清水中能溶解35.7 g,20 ℃时能溶解36 g,相差也不是很大.实验中,当向300 mL的清水中加了6汤匙的盐颗粒(一汤匙大约为15 g)时,熟鸡蛋从杯底浮起来,此时杯底还有少量未溶解的食盐.根据氯化钠的溶解度可知这并不是说明溶液达到饱和,而是因为随着溶液浓度的增加,食盐溶解的速度变慢了.将熟鸡蛋从溶液中取出,轻轻放入一颗生鸡蛋,发现在同样浓度的盐溶液中,生鸡蛋还是下沉状态,这直观地验证了生鸡蛋要比熟鸡蛋重.此实验除了可以演示鸡蛋的沉浮状态,也提供了一种判别生鸡蛋与熟鸡蛋的方法.
  1.2改变鸡蛋自身的重力
  通过改变生鸡蛋自身的重力也能实现下沉、悬浮、漂浮三种状态.
  实验可以用一根铁丝将蛋壳上戳个小孔,大约直径为5 mm,考虑到蛋内液体的特殊性,孔径要适当,既能倒出蛋清,也要避免水的进入.由于蛋壳的完整性,根据阿基米德原理,鸡蛋在水中受到的浮力几乎保持不变,但随着蛋清蛋黄被倒出,自身的重力在不断减小,当重力等于浮力时,可以实现悬浮状态;重力继续减小,就可以让蛋壳漂浮在水面上.
  这种演绎浮与沉的方法较调配盐水来说,实验所需的材料减少,操作的步骤也很简单,将鸡蛋液体的可流动性应用在实验上.
  2探究浮沉条件
  在以上定性实验的基础上,也可以实现定量的实验探究,探究物体浮与沉所要满足的条件.准备的实验材料有:300 mL的水、食用盐、熟鸡蛋、汤匙、测力计、两只塑料杯、塑料袋.
  2.1实验装置的改进
  原有的实验装置中必须要用到量筒或是天平,来测量排出液体的体积或质量.在调配食盐水时,除了溶液底部有未完全溶解的盐颗粒,也只能大约估计一汤匙的容量,因此不能精确知道食盐的量,所以在计算溶液密度时误差较大,而这细小的误差对于鸡蛋来说是不可忽略的.那么,如果使用天平直接测量排出液体的质量则可以避免量筒的误差,但是天平一般是实验室用品,如何用日常的材料来取代天平.除了测液体质量的方法外,也可以直接测量液体的重力.根据已有的实验器材,测力计是可以派上用场的.只要在盛接排出液体的杯子上套上一只塑料袋,用弹簧测力计直接测塑料袋里液体的重力即可(塑料袋的重力可忽略).
  2.2实验数据采集与比较
  先后调制两种不同浓度的盐水,使鸡蛋处于悬浮与漂浮的状态(图1).
  根据阿基米德原理,浸在液体中的物体所受到的浮力等于排开液体的重力,塑料袋的作用替代了原先的托盘天平,再一次说明了实验材料的可替代性,替代后的材料使原实验更加生活化也更加简单化.
  本文对鸡蛋可以进行的浮力实验作了系统的概述,从实验器材的可替代性、实验步骤的简单化和实验的生活化,激发学生对实验探究的兴趣,将生活与课堂相联系,让理论与实际相结合,培养学生物理学科思维与探究创新精神.
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