資源簡介

(共15張PPT)
第十章浮力
第4節跨學科實踐：制作微型密度計
學習目標
（1）通過簡易密度計的設計和制作，讓學生應用二力平衡和浮力等知識進行技術設計，學習技術設計的思想和方法。（2）通過簡易密度計的設計、制作，培養學生敢于動手、樂于創新、發現問題、解決問題的能力，同時體驗創造和成功的快樂。
（3）通過交流和展示，提高語言表達和自我評價及相互評價的能力。
消毒酒精的密度約為0.87×103 kg/m3。用密度計測量酒精的密度，是一種初步判斷酒精是否合格的簡單方法。不過常用的密度計體積較大，很難放入小瓶酒精中進行測量。
如果能設計和制作一個微型密度計，測量時只需把微型密度計放入小瓶中，就能方便、快速地判斷酒精是否合格。
項目提出
要制作一個微型密度計，需要完成以下任務。
1.設計一個能放人小瓶中，并能用來判斷酒精是否合格的微型密度計。
2.按照設計要求，完成微型密度計的制作。
項目分析
項目實施
(1)基本思路
如圖所示，把塑料吸管的下端用蠟封口并纏上銅絲，設法讓它能豎直漂浮在水面上。這就是一個最簡單的密度計。
設計
密度計所受浮力的大小等于它所受的重力，浮力的大小決定了排開酒精的體積。吸管的直徑影響了液面在吸管上位置的變化。
要設計符合要求的密度計，應該著重考慮兩個因素: 一個是密度計的質量，另一個是標度桿的直徑。
(2)估算密度計的質量
對于100mL的小瓶酒精來說，若用微型密度計測量時排開1~2 mL的酒精，一般不會導致酒精溢出。1~2 mL酒精的質量為1 g左右，因此我們設計的微型密度計的質量也應為1 g左右。
(3)估算標度桿的直徑
消毒酒精的密度為0.86×103~0.88×103 kg/m3是合格的。如圖所示，若密度計漂浮在0.86×103 kg/m3的酒精中，液面位于標度桿的A位置;漂浮在0.88×103 kg/m3的酒精中，液面位于標度桿的B位置,則測量時液面位于A、B之間的酒精都是合格的。A、B間的長度過小，不便于觀察者分辨。
設定A、B間的長度不少于4 mm。根據圓柱體的體積公式，就可以計算標度桿的橫截面積和直徑了。通過估算，可以知道標度桿的橫截面積約為0.07 cm3,直徑約為3 mm。
(4)設計微型密度計的結構
為了使微型密度計能在酒精中豎直漂浮，需要在標度桿下部增加配重(如纏上一些銅絲),但增加了配重的標度桿放在酒精中會下沉，因此還要在標度桿上固定一個浮子來增大浮力。這樣，微型密度計由標度桿、浮子和配重三部分組成，配重位于最下方。
(1)選擇材料
浮子
可以用小泡沫塑料球作為浮子，也可以截一段稍粗點的塑料管，將其兩頭封口作為浮子。
標度桿
直徑約為3 mm的細塑料管，做棉簽的實心塑料桿,以及細的圓珠筆芯等,都可以用來做標度桿。
制作
配重
可以在實心塑料桿下端纏上若干圈銅絲，或者在空心的細塑料管下端插入一段粗鐵絲作為配重。改變銅絲或鐵絲的長度就可以調節配重。
(2)制成作品
用制作棉簽的實心塑料桿(直徑約為3 mm)作為標度桿,塑料桿中部套一個直徑約1.2 cm的泡沫塑料球作為浮子，下端繞有銅絲作為配重，初步做成一個微型密度計。把這個密度計漂浮在水中調節配重。改變銅絲的長度,使密度計在水中漂浮時浮子浸沒在水中，水面上方露出一段標度桿。
把調好配重的微型密度計放入標準消毒酒精中。待微型密度計靜止時，依據液面的位置在標度桿上做一個記號。最后，用4 mm寬的彩色膠布中心對著記號貼在塑料桿上，微型密度計就做好了。
1.準備了若干瓶密度不同的酒精，用自制的微型密度計測量這些酒精，判斷哪瓶酒精的密度符合消毒酒精的要求，哪瓶密度偏大，哪瓶密度偏小。
2.如果你的測量結果與老師公布的結論不同，請分析產生誤差的原因。
3.如果你的測量結果與老師公布的結論相同，說說你的體會。
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