它是“下沉”的嗎
——從一道2023年中考試題說開

黃 坤

湖北省武漢市光谷第二初級中學(430074)

1 遵循新課標指導,提倡情境化試題

新課程理念提出“從生活走向物理,從物理走向社會”“從生活走向物理”不僅僅是舉例子,而是以具體事實、鮮活案例、生活經驗和基本概念等引導學生進行理性思考,遵循初中學生身心發展規律?！皬奈锢碜呦蛏鐣弊⒅貢r代性,與生產生活、社會發展及科技進步相聯系,凸顯我國科技成就,引導學生增強文化自信,樹立科技強國的遠大理想。筆者就“運動和相互作用”主題中的內容,從學生已有經驗和認知水平出發,聯系生產和生活實際創設考查情境。

2 中考試題的評析

2.1 試題呈現

湖北省黃岡市、孝感市、咸寧市2023年初中畢業生學業水平考試物理試卷第8題: 物理課上,老師將整個橙子放入水中,漂浮在水面上,如圖1甲所示。將其切成大小兩塊,再次投入水中,發現大塊仍漂浮,小塊緩慢沉入水底,如圖1乙所示。下列說法正確的是( )。

圖1 試題圖示

A. 整個橙子的密度等于水的密度

B. 大塊橙子受到的浮力大于其重力

C. 小塊橙子緩慢沉入水底的過程中受到的浮力逐漸變小

D. 兩塊橙子受到浮力之和不可能大于整個橙子受到的浮力

答案:D。

2.2 試題答案解析

通過生活中常見的水果橙子作為研究對象,采取一定操作先后放入水中,運用浮力的概念和規律進行科學思維的演繹推理,從而得出結論。

新課標明確提出,學生要“知道阿基米德原理,能運用物體的浮沉條件說明生產生活中的有關現象?！盇選項中,整個橙子放入水中,漂浮在水面上,整個橙子的密度小于水的密度,故A錯誤;B選項中,將其切成大小兩塊,再次投入水中,發現大塊橙子仍漂浮,因而大塊橙子受到的浮力等于其重力,故B錯誤;C選項描述了小塊橙子緩慢沉入水底的過程中,體積不變,排開水的體積不變,由阿基米德原理可知其受到的浮力不變,故C錯誤;D選項中整個橙子在水中漂浮,所受浮力等于其重力。將其切成大小兩塊,再次投入水中,大塊橙子受到的浮力等于自身重力,小塊橙子受到的浮力小于自身重力,兩塊橙子受到浮力之和小于整個橙子受到的浮力,故D正確。因而該題最后給出的參考答案就是D。

2.3 動手實驗驗證

初次看到這道中考試題,就感到有一些疑惑:一個完整的橙子,切成了大小兩個部分,放入水中就會出現下沉現象,真相是這樣的嗎?

于是,筆者準備了若干個橙子、水槽、水來進行實驗驗證。將橙子直接放入水中,觀察到橙子靜止時,在水面處于漂浮狀態,如圖2所示。此時可以得出橙子受到的重力與浮力是一對平衡力。緊接著,用水果刀將一個完整的橙子切成大小兩塊,再次投入水中,如圖3所示。發現大塊橙子仍然漂浮,但小塊橙子并不是緩慢沉入水底,而是同樣漂浮在水面。為了實驗更科學,將大小兩塊橙子分別調整姿態,依然觀察到它們漂浮在水面,并沒有出現其中一塊下沉到水底的情況。由此可以得出,這道有關情境素材命制的中考試題不夠嚴謹,命題人員是否在動手實驗后得出此結論,還是想當然地認為“小塊緩慢沉入水底”。依據課程標準命制中考試題,發揮立德樹人的導向作用,提倡情景化試題的命制,但一定要符合物理事實,確保中考的權威性和公信力。

圖2 完整的橙子漂浮

圖3 大小兩塊橙子漂浮

筆者為了知道橙子在什么情況會在水中下沉或沉底,通過動手實驗,原來將橙子剝皮后,再放入水中,就會出現下沉,直至沉底了。如圖4所示,取盛水的容器,將一個剝了皮的橙子放入水槽中,我們會看到橙子逐漸下沉,直到沉底。再將不去皮的橙子也放入水槽中,我們會看到橙子漂浮在水面上。

圖4 剝了皮的橙子下沉

通過以上實驗,可以發現:沒剝皮的橙子在水中漂浮,而剝皮后的橙子在水中下沉。橙子的果皮內部含有一部分空氣,導致橙子的整體平均密度比水的密度小,因此能夠漂浮在水面上。而剝皮后橙子的平均密度比水的密度大,完全浸沒水中時受到的浮力小于其重力,因此會下沉到水底。

3 同類型中考試題賞析

2023年河南省普通高中招生考試物理試卷第13題:水平桌面上有兩個完全相同的杯子,盛有等質量的水。將橘子放入左側杯中,取出后剝皮再放入右側杯中,橘子靜止時的狀態分別如圖5甲、乙所示。下列分析正確的是( ) 。

圖5 試題圖示2

A. 甲圖中橘子所受浮力大于其所受重力

B. 甲圖中橘子比乙圖中橘子所受浮力大

C. 甲圖中杯子對桌面的壓強小于乙圖中杯子對桌面的壓強

D. 甲圖中杯底所受水的壓強大于乙圖中杯底所受水的壓強

答案:BD。

解析:由甲圖可知,橘子處于漂浮狀態,受力平衡,根據浮沉條件可知,橘子受重力和浮力,重力等于浮力,故A錯誤;放入橘子前兩杯中水的質量相等,杯子體積相等,則放入橘子前兩杯中水的深度相同,因將甲圖中的橘子取出后剝皮再放入右側杯中,右杯中的橘子重力變小,甲杯中橘子漂浮,所受浮力等于橘子的重力,乙杯中橘子沉底,所受浮力小于重力,則甲圖中橘子受到的浮力大,故B正確;橘子剝皮后的重力變小,水和杯子的重力相同,所以甲杯子的總重力大于乙杯子的總重力;受力面積相同,由此可知,甲圖中杯子對桌面的壓強大于乙圖中杯子對桌面的壓強,故C錯誤;另觀察可知甲圖中水的深度大于乙圖中水的深度,由此可知,甲圖中杯底受到水的壓強大于乙圖中杯底受到水的壓強,故D正確。故選BD。

4 結語

情境化試題從生活情境入手,對于學生核心主干知識的掌握以及物理規律的運用等均有不同考查要求,面對這樣的問題,學生既要基于經驗事實選擇合適的物理知識或模型,同時也要善于對所選擇模型進行必要的檢驗,判斷能否實現所述情境。