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科学课橡皮泥浮沉现象实验指导

引言：探索水的奥秘与形状的力量

在我们的日常生活中，物体的浮沉是一种常见的物理现象。一片树叶能悠然漂于水面，一块石头却会迅速沉入水底。那么，是什么决定了物体在水中的“去向”？本次科学实验将带领同学们通过亲手操作，利用常见的橡皮泥材料，深入探究影响物体浮沉的因素，揭示其中蕴含的科学原理。这不仅是一次动手能力的锻炼，更是一次充满惊喜的科学发现之旅。

一、实验概述与教学目标

（一）实验名称

橡皮泥的浮沉现象探究

（二）核心目标

1.知识与技能：通过改变橡皮泥的形状，观察其在水中浮沉状态的变化，初步理解物体浮沉与排开水量之间的关系，感知浮力的存在及其影响因素。

2.过程与方法：学习提出问题、作出假设、设计实验、动手操作、观察记录、分析现象并得出结论的科学探究方法。

3.情感态度与价值观：激发对物理现象的好奇心和探究欲望，培养细致观察、独立思考、合作交流的科学素养，体验科学探究的乐趣和成功的喜悦。

二、实验材料准备

为确保实验顺利进行，请提前准备以下材料：

*橡皮泥若干块（建议选用可塑性好、颜色鲜明的橡皮泥，每人或每组一块）

*透明塑料水槽或较大的透明玻璃杯（用于盛装水，便于观察）

*清水（足量，以能完全浸没橡皮泥为宜）

*抹布或纸巾（用于擦拭溅出的水渍）

*（可选）小托盘（放置橡皮泥，保持桌面整洁）

*（可选）记号笔、记录纸（用于记录实验现象和思考）

三、实验步骤与操作指导

（一）实验一：观察橡皮泥的初始浮沉状态

1.取适量橡皮泥：用手取一块大小适中的橡皮泥（例如，约一个普通乒乓球大小，具体可根据水槽大小调整）。

2.将橡皮泥捏成球状：用手掌或手指将橡皮泥捏成一个紧实的球形。注意，要尽量捏得密实，避免内部有气泡。

3.轻轻放入水中：将捏好的橡皮泥球小心地放入盛有清水的透明容器中，注意不要让水溅出。

4.观察并记录现象：仔细观察橡皮泥球在水中是沉还是浮，并记录下你的观察结果。

（二）实验二：改变橡皮泥形状，使其漂浮

1.取出橡皮泥：将沉在水底的橡皮泥球从水中取出，用抹布擦干表面水分。

2.思考与设计：想一想，我们可以怎样改变这块橡皮泥的形状，让它能够漂浮在水面上呢？（提示：可以尝试将其捏成碗状、船状或其他空心形状，增大其与水接触的表面积，特别是形成一个能“兜住”空气的空间。）

3.动手改变形状：根据你的想法，小心地将橡皮泥捏成你设计的新形状。注意在捏制过程中，尽量保持形状的完整性，尤其是空心结构的密封性（避免进水导致沉没）。

4.再次放入水中：将改变形状后的橡皮泥轻轻放入水中，观察其浮沉状态是否发生了变化。

5.调整与优化：如果第一次尝试没有成功（橡皮泥仍然下沉），不要灰心。分析一下可能的原因：是形状不够合理？还是某处有缝隙导致进水？尝试调整形状，例如将边缘捏得更高一些，或者让内部空间更大一些，再进行尝试，直到橡皮泥能够稳定地漂浮在水面上。

（三）实验三：探究漂浮橡皮泥的承载能力（拓展）

1.尝试承载物体：当你的橡皮泥成功漂浮后，可以尝试在它上面轻轻放置一些小物件（如回形针、小硬币等，注意物件重量要轻），看看它能承载多少东西而不沉没。

2.观察与比较：记录下你的橡皮泥船能承载的最大物件数量或重量（可进行定性描述，如“能放3个回形针”）。不同形状的“船”，其承载能力是否相同？

（四）实验结束与整理

1.实验完成后，将橡皮泥从水中取出，清理干净。

2.将水槽中的水倒掉，清洗干净实验器材，并将桌面擦拭整洁。

四、实验现象观察与记录

在实验过程中，请重点观察并记录以下现象：

*橡皮泥初始形状（球状）在水中的状态：（）沉/（）浮

*改变形状后橡皮泥在水中的状态：（）沉/（）浮（请描述你所采用的形状）

*若漂浮，其漂浮的稳定程度如何？

*（拓展实验）你的橡皮泥“船”最多能承载多少轻小物体？

记录建议：可以用文字描述，也可以画出简单的示意图来表示不同阶段橡皮泥的形状和在水中的位置。

五、实验原理阐释与讨论

1.为什么橡皮泥球会下沉？

当橡皮泥被捏成球状时，它的密度大于水的密度，并且其排开的水的体积相对较小，所受到的浮力不足以抵消其自身的重力，因此会下沉。

2.为什么改变形状后橡皮泥能漂浮？

当我们将橡皮泥捏成空心的船状或碗状时，虽然橡皮泥的重量没有改变（重力不变），但它的体积（特别是排开水的体积）大大增加了。根据阿基米德原理，物体在液体中受到的浮力大小等于它排开的液体所受到的重力。空心形状的橡皮泥能够排开更多体积的水，从而获得更大的浮力。当这个浮力等于或大于橡皮泥自身的重力时，橡皮泥就能漂浮在水面上了。

3.讨论与思考：

*是不是所有改变形状的橡皮泥都能漂浮？为什