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1、水袋在水中沉浮原因是什么 谈给冷水加热一课的教学策略 湖州市德清县逸夫小学 雷洪炳 教科版小学科学五年级上册热单元第二课给冷水加热一课，教材的编排是这样的：首先让学生在密封的小塑料袋中装一些冷水，浸没在热水中，静静地观察冷水袋有什么变化。再把热水袋放在在冷水里观察，它是沉的还是浮的？实际教学中，学生观察到冷水袋在热水里是沉的，过一段时间后水袋就慢慢地从热水底部浮到水面上。热水袋放在在冷水里是浮的。这样引发学生提出问题做出解释设计实验研究。教科书通过提示框启发学生从影响物体沉浮的主要因素：重量和体积大小方面去思考促使水袋上浮的可能性。经过设计实验证明，水在变热过程中小水袋重量没有发生改变，冷水受
2、热后体积增大了，最后把问题聚焦到在水的重量不变的情况下，体积的变化引起了水袋的沉浮，而水的体积变化是由于水的温度变化决定的。一、究竟水袋在热水中上浮的原因是冷水受热后体积增大的缘故吗？1浸没在水中的物体沉浮决定的因素是物体受到的重力和物体在水中受到的浮力大小的比较。 F浮当F浮 G时 上浮当F浮 物 则 F浮 G 物体在水中上浮同理: 当 物 水 物体在水中下沉 当 物 = 水 物体在水中悬浮2冷水袋在热水中下沉，过一段时间后水袋开始慢慢上浮，水袋在水中为什么上浮，教科书有个提示框，“1、不在变热的过程中，如果重量发生了变化，它的沉浮也可能发生变化；2、水在变热的过程中，如果体积大小发生了变化
3、，它的沉浮也可能发生变化。”“启发学生从影响物体沉浮的主要因素：重量的体积大小方面去思考促使水袋上浮的可能原因。” 教材设计了一个“研究水在变热过程中的变化”活动，从实验得知，水在变热过程中小水袋重量没有发生改变，冷水受热后体积增大的现象。从而得出，水在变热过程中重量没有发生改变，而是冷水受热后体积增大了。水袋中的冷水受热体积膨胀，排开的水量增大，冷水袋受到的浮力就增大,所以水袋在热水中上浮的原因。水袋在热水中上浮真是水袋中的冷水受热体积膨胀所造成的吗？冷水袋在热水中下沉是冷水袋受到的重力大于冷水袋受到热水的浮力。冷水袋浸入热水中,热水的热量传给了冷水,使冷水温度慢慢升高,体积膨胀，排开的水量
4、增大，冷水袋受到的浮力在增大，当塑料袋中水的温度与热水的温度相同，热传递就停止了。如果水袋中水的压强与热水中的压强相等，则水袋中水的密度与热水的密度是相同的。这时水袋受到的浮力增大到水袋受到水的浮力相同为止（塑料袋的重量和体积忽略不计），水袋受到浮力大于自身的重力是不可能的，所以，水袋在热水中上浮不是冷水受热体积膨胀所引起的。 那么引起水袋在热水中上浮的原因是什么呢？原因一：当水袋中水的密度与热水的密度相等时，如果不考虑塑料袋的重量和体积，水袋应该是悬浮的。我们在塑料袋里装冷水时，塑料袋里的空气没有被排尽，当冷水袋放入热水中时，因为冷水的密度大于热水的密度，所以冷水袋一开始放入热水中是沉的。过
5、一段时间，冷水受热体积增大，当水袋中水的密度与热水的密度相等时，塑料袋里有空气，而且空气受热膨胀，水袋多排开了水量，它的浮力就增加。所以引起水袋在热水中上浮。原因二：塑料袋本身密度小于水的密度，浮在水面上，而且塑料袋受热后体积也在膨胀。所以引起水袋在热水中上浮。原因三：冷水袋在受热过程中，冷水受热膨胀，同时溶解在冷水中的空气从水中逸出，塑料袋内壁上慢慢地出现小气泡，水袋中的水随着温度的升高，气泡越来越多，并且越来越大。从大气压下空气在水中的平衡溶解量我们得知，在1个大气压下，空气在水中的平衡溶解量随着温度的升高而降低。所以水中逸出的气体就越多，水袋膨胀，水袋排开的水量就越多，引起水袋在热水中上
6、浮。一个大气压下空气在水中的平衡溶解量 温 度(0C)051015202530溶解量(mg/L)29.1825.6922.8420.5618.6817.0915.04冷水受热体积增大不是水袋在热水中上浮的真正原因，而是上述的原因直接造成的。如果没有上述分析的原因，水袋在热水中根本就不能上浮。教学参考用书上分析水袋在热水中上浮的原因是冷水受热后体积增大的缘故，显然这种说法是不科学的。3我们进一步分析热水袋在冷水中是浮的原因分析一：重量相同的热水和冷水，热水体积比冷水体积大，根据密度公式，= G/gV得知, 冷水的密度比热水密度大。所以热水袋在冷水中浮的。分析二：在水中设一水柱，如图所示， F浮水
7、柱悬浮在水中，F浮= G。如果水柱体积膨胀增大，水柱排开的水量就增大，水柱 的重量不变，根据F浮=水gV排水，水柱的 浮力就增大，水柱在水中受到的浮力大于重力， G水柱在水中就浮的。 分析三：冷水袋浸没在冷水中（塑料袋的重量和体积忽略不计），如果冷水袋在冷水中是悬浮的，F浮= G。把冷水袋加热，冷水受热体积增大，重量保持不变，如果把冷水受热体积增加的这部分去掉，保持原来冷水的体积，热水袋在冷水中排开的水量保持不变，也就是它受到的浮力保持不变，F浮=水gV排水，而水袋中热水的重量比原来同体积的冷水袋里的冷水重量减轻了，水袋在冷水中受到的浮力大于重力，热水袋在冷水中浮的。 4由此得出水袋在水中沉浮
8、的真正真原因是： 相同重量的热水比冷水体积大，热水袋在冷水中是浮的。相同重量的冷水比热水体积小，冷水袋在热水中是沉的。相同体积的热水比冷水轻，热水袋在冷水中是浮的。相同体积的冷水比热水重，冷水袋在热水中是沉的。而并非是水的重量不变的情况下，体积的变化引起了水袋的沉浮变化。二、基于以上的分析，我们认为给冷水加热一课的应采取以下教学策略1、教师应对教材的活动做改进。五年级上册热单元第二课给冷水加热第28页教材的第一个活动不应是“给塑料袋里冷水加热”，而应该是“观察水袋的沉浮”。观察一：用密封的小塑料袋装一些冷水，然后把它浸没在热水盆里，发现了什么现象？观察二：把加了热水的一小塑料袋，放在冷水里，它
9、是沉的还是浮的？教科书的提示框相应地也要改动，改为冷水袋在热水中是沉的、热水袋在冷水中是浮，是什么原因呢？教材的结尾不应该是对“我们对热水上浮的原因又怎么解释？”，而应该呈现的是“我们怎样解释冷水袋在热水中是沉的 ，热水袋在冷水中是浮的现象？”2冷水袋把它浸没在热水里，冷水袋先是在热水中沉的，过一段时间后水袋就慢慢上浮，这个现象是很明显的，我们只要分析它为什么在热水中是沉的就可以了，不要分析过一段时间后水袋在热水中慢慢上浮的原因，根据以上原因的 分析小学生不能解释上浮的原因。所以教学时当学生观察到冷水袋在热水中是沉的现象后，让学生把水袋拿出来。同样热水袋在冷水中是浮的，不可能出现过一段时间后水袋在热水中慢慢下沉的现象。教学时学生观察到冷水袋在热水中是浮的现象后，让学生把水袋拿出来。3观察到冷水袋在热水中是沉的、热水袋在冷水中是浮的现象后，引导学生提出问题做出解释设计实验研究。学生可采用教科书五年级上册热单元第二课给冷水加热第29页呈现的实验观察方法，得到水在变热的过程中，重量没有变化、体积增大了的事实。但这样的事实不足以解释观察到冷水袋在热水中是沉的、热水袋在冷水中是浮的现象，教师要引导学生推理到相同体积的热水和冷水比较，冷水比热水重的科学结论，学生结合五年级上册第一单元沉和浮的科学概念，学生就能解释冷水袋在热水中是沉的、热水袋在冷水中是浮的现象了。 1
