資源簡介

(共31張PPT)
10.4 跨學科實踐：制作微型密度計
第10章 浮力
人教版2024版物理八年級下冊【精做課件】
授課教師：********
班 級：********
時 間：********
實踐目標：通過制作微型密度計，讓學生親身體驗物體浮沉條件在測量液體密度中的應用，加深對阿基米德原理的理解，培養學生的動手能力和跨學科知識運用能力。
材料準備：粗細均勻的塑料吸管（或玻璃管）、橡皮泥、剪刀、刻度尺、記號筆、水、鹽水、酒精等不同密度的液體、透明容器。
制作步驟：
制作密度計主體：將塑料吸管一端用橡皮泥堵住，制成一個封閉端，確保密封性良好。這一端相當于密度計的配重部分，使密度計能豎直漂浮在液體中。
校準零刻度：將制作好的密度計放入清水中，使其漂浮。用記號筆在吸管與水面平齊的位置標記刻度，此刻度即為密度為

1.0g/cm
3
（水的密度）的刻度線，記為零刻度（以水的密度為參照基準）。
標注其他刻度：將密度計分別放入已知密度的鹽水、酒精等液體中，依次在吸管與不同液體液面平齊的位置做好標記，并根據液體密度值標注對應的刻度。例如，鹽水密度大于水，密度計在鹽水中浸入的深度會比在水中淺，在相應位置標注鹽水的密度值；酒精密度小于水，密度計在酒精中浸入的深度比在水中深，標注酒精的密度值。刻度標注時，可引導學生思考刻度之間的間距是否均勻，為什么不均勻，涉及到阿基米德原理

F
浮

=ρ
液

gV
排

，浮力不變（等于密度計重力）時，液體密度與排開液體體積成反比，所以刻度是不均勻的。
完善密度計：用刻度尺測量相鄰刻度之間的距離，根據測量結果，在兩個已知刻度之間均勻細分小刻度，使密度計刻度更加精確。可以讓學生從數學角度思考如何根據已知刻度和液體密度關系進行刻度細分。
原理講解：講解微型密度計的工作原理，當密度計漂浮在液體中時，根據物體浮沉條件，此時浮力等于重力，即

F
浮

=G
。由阿基米德原理

F
浮

=ρ
液

gV
排

可知，液體密度不同，密度計排開液體的體積不同，液體密度越大，排開液體體積越小，密度計浸入液體的深度越淺；反之，液體密度越小，排開液體體積越大，密度計浸入液體的深度越深。通過密度計浸入液體的深度來反映液體密度大小，從而實現對液體密度的測量。
小組合作與問題解決：學生分組進行制作，在制作過程中鼓勵學生相互協作，共同解決遇到的問題，如密度計無法豎直漂浮（可能是配重不均，需要調整橡皮泥的量）、刻度標注不準確（可能是讀數誤差或測量液體密度不準確，需要重新測量和校準）等。教師巡視指導，適時給予幫助和引導，同時引導學生從物理原理、數學計算、工藝制作等多方面思考和解決問題。
（四）改變物體浮沉狀態的方法及物體浮沉條件的應用（10 分鐘）
改變物體浮沉狀態的方法
改變物體自身重力：以潛水艇為例，講解潛水艇兩側有水艙，當向水艙中充水時，潛水艇自身重力增大，當重力大于浮力時，潛水艇下沉；當從水艙中向外排水時，潛水艇自身重力減小，當重力小于浮力時，潛水艇上浮；當潛水艇的重力等于浮力時，潛水艇可以懸浮在水中任何深度。讓學生理解通過改變物體自身重力可以改變物體的浮沉狀態。
改變物體排開液體或氣體的體積：以氣球和飛艇為例，氣球和飛艇內充有密度小于空氣的氣體，通過改變氣囊中氣體的量來改變氣球或飛艇的體積。當氣囊體積增大時，排開空氣的體積增大，根據阿基米德原理，浮力增大，當浮力大于重力時，氣球或飛艇上升；當氣囊體積減小時，浮力減小，當浮力小于重力時，氣球或飛艇下降。讓學生明白改變物體排開液體或氣體的體積也能改變物體的浮沉狀態。
物體浮沉條件的應用
輪船：展示輪船的圖片和模型，講解輪船是采用空心的辦法，增大排開水的體積，從而增大可以利用的浮力。雖然輪船是用鋼鐵制成，鋼鐵密度大于水的密度，但空心的輪船排開大量的水，根據阿基米德原理，

F
浮

=ρ
水

gV
排

，排開的水所受重力等于輪船自身重力，所以輪船能漂浮在水面上。介紹輪船的排水量，即輪船滿載時排開水的質量，讓學生理解排水量與輪船載重的關系。
潛水艇：再次強調潛水艇通過改變自身重力實現浮沉的原理，展示潛水艇在水中上浮、下沉、懸浮的動畫或視頻，讓學生更直觀地理解潛水艇的工作過程。
氣球和飛艇：進一步解釋氣球和飛艇利用空氣浮力上升和下降的原理，以及在實際生活中的應用，如氣象探測氣球用于收集氣象數據，飛艇可用于廣告宣傳、觀光旅游等。
（五）課堂小結（5 分鐘）
與學生一起回顧本節課所學內容，包括物體的浮沉條件（從力和密度兩個角度）、改變物體浮沉狀態的方法、物體浮沉條件在輪船、潛水艇、氣球和飛艇等方面的應用，重點回顧制作微型密度計的過程及原理。
強調理解物體浮沉條件對于解釋生活中眾多浮力相關現象的重要性，鼓勵學生在日常生活中多觀察、多思考，發現更多與物體浮沉有關的物理現象，同時鼓勵學生將跨學科實踐中的思考方式運用到今后的學習中。
（六）課堂練習（5 分鐘）
給出一些關于物體浮沉條件概念理解的選擇題和填空題，考查學生對浮沉條件的掌握情況。
設計一些與微型密度計制作和原理相關的題目，如分析密度計刻度不均勻的原因、如何提高密度計測量精度、根據密度計刻度計算液體密度等，考查學生對實踐內容的理解和應用能力。
（七）布置作業（5 分鐘）
完成教材課后練習題中與物體浮沉條件及應用相關的題目。
觀察生活中更多利用物體浮沉條件的實例，選擇一個實例詳細分析其工作原理，并以小論文的形式寫出來，下節課與同學們分享。
對自己制作的微型密度計進行改進，嘗試擴大測量范圍或提高測量精度，記錄改進過程和效果。
五、教學反思
在教學過程中，要注重通過實驗和實例幫助學生理解物體的浮沉條件及應用。對于浮沉條件的推導，要逐步引導學生進行受力分析和運用阿基米德原理，讓學生理解其物理本質。制作微型密度計的跨學科實踐環節，能極大提升學生的興趣和動手能力，但可能會遇到各種實際問題，教師需做好充分指導。在講解應用實例時，可結合多媒體資源，讓學生更直觀地感受物體浮沉條件在實際中的應用。關注學生在練習中的反饋，及時解答學生疑問，根據學生的理解情況調整教學策略，以提高教學效果。
5
課堂檢測
4
新知講解
6
變式訓練
7
中考考法
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小結梳理
學習目錄
1
復習引入
2
新知講解
3
典例講解
物理觀念
通過簡易密度計的設計和制作，讓學生學會應用二力平衡和浮力等知識進行技術設計的思想和方法。
科學思維
1.通過簡易密度計的設計、制作，培養學生敢于動手、樂于創新、發現問題和解決問題的能力。
2.通過實踐促進學生的思考和探索，培養他們的批判性思維和創新能力。將物理知識應用到實際生活中，解決實際問題。
科學態度與責任
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。
重點
難點
觀察兩個相同的、裝有適量細沙的易拉罐在水中和鹽水中漂浮的現象，思考現象形成的原因。
我們發現雞蛋在濃鹽水中能漂浮，而且鹽水的密度越大雞蛋漂浮時排開液體的體積越小。由此我們可以推測，對于同一物體來說，它漂浮時排開液體的體積是由液體的密度決定的。因此，人們制成了利用物體的漂浮條件來測量液體密度的儀器——密度計。
觀看輪船的吃水線圖片，請學生思考為什么同一艘輪船在不同的海域，吃水線的位置不同
課堂教學展示
進行新課
項目提出
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，可以初步判斷酒精是否合格。
常用的密度計體積較大，很難放入小瓶酒精中進行測量。
設計制作一個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。
項目分析
要制作一個微型密度計，需要完成以下任務：
1.設計一個能放入小瓶中，并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。
項目實施
1.設計
（1）基本思路
簡易密度計：
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。
想一想，自制的密度計放入盛酒精的小瓶后就能準確測出酒精的的密度嗎？可能會出現哪些問題？
可能會觸碰瓶底；
可能會使酒精溢出；
可能吸管因直徑太大，造成液面在吸管上的位置變化很小，影響判斷。
①密度計的質量
密度計所受的浮力等于它所受的重力，根據公式G=mg可知，密度計的質量決定密度計所受的浮力，浮力的大小決定排開酒精的體積。
設計符合要求的密度計應該考慮哪些因素？
②標度桿的直徑
吸管的直徑影響了液面在吸管上位置的變化。
（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的1~2mL的酒精，一般不會導致酒精的溢出。
酒精的密度ρ=0.87×103kg/m3
1~2mL酒精的質量為1g左右，即微型密度計的質量也應為1g左右。
（3）估算標度桿的直徑
合格酒精的密度范圍：0.86~0.88×103kg/m3
A
B
若密度計漂浮在密度為0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于標桿的A位置；
若密度計漂浮在密度為0.88×103kg/m3的酒精中，液面位于標桿的B位置；
液面位于A、B之間的酒精都是合格的
為了便于觀察，A、B間的長度不少于4mm。
A
B
圓柱的體積 V=πr2h
標度桿的橫截面積約為0.07cm2
標度桿的直徑約為3mm
S=πr2
（4）設計微型密度計的結構
標度桿——標注對應液體的密度值
浮子——增大浮力，使密度計能漂浮在各種液體中
配重——降低密度計的重心，使密度計豎直漂浮在液體中
2.制作
（1）選擇材料
浮子
密度小的泡沫塑料球；或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3mm 的細塑料管，或做棉簽的實心塑料桿，或細的圓珠筆芯等。
配重
銅絲或鐵絲，改變銅絲或鐵絲的長度可以改變配重。
（2）制成作品
取長約8cm、直徑約3mm 的實心塑料桿作為標度桿，將直徑約 1.2cm 的泡沫塑料球套在標度桿中部作為浮子，下端繞有銅絲作為配重。
調節配重，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。將調好配重的微型密度計放入標準消毒酒精中，依據液面位置在標度桿上做一個記號。最后用4mm寬的彩色膠布中心對著記號貼在塑料桿上。
展示交流
1.利用自制的微型密度計測量液體的密度，并和液體密度的真實值比較。
2.討論自制的微型密度計測量誤差產生的原因。
1.小明利用電子秤、燒杯、細線、實心鋁塊測量洗手液的密度(鋁的密度為2.7 g/cm3,g取10 N/kg)。
①在燒杯中倒入適量的洗手液放置在電子秤上,如圖甲所示。
②將系好細線的鋁塊緩緩浸沒到洗手液中保持靜止,洗手液未溢出,如圖乙所示。
③將鋁塊緩慢沉底后松開細線,如圖丙所示。

類型1 缺量筒
4
3
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6
7
8
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10
(1)在圖甲中畫出燒杯及液體總重力的示意圖。
(2)圖乙、丙中燒杯對秤盤的壓強分別為p乙'、p丙',則p乙'　　　 p丙'。
(3)圖甲、乙中洗手液對燒杯底的壓強分別為p甲、 p乙,則p甲　　　 p乙。
(4)圖乙中鋁塊受到的浮力為　　　　N。洗手液的密度為
　　　　g/cm3。
<
<
0.27
0.9
4
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2
1
5
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2.測泡沫球的密度時,采用如圖所示的圓柱形容器、細針和電子秤進行測量,其操作順序以及示數如圖中甲、乙、丙所示。
(1)小李分析電子秤的數據,通過計算后可知,泡沫球的質量為　 　　g,密度為　 　　g/cm3。
(2)同桌小王認為,小李的實驗操作乙至丙過程中,泡沫球上浮至漂浮時沾水,導致密度測量結果偏大,該說法是　　　　(選填“正確”或“錯誤”)的。
5
0.25
錯誤
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3.受“曹沖稱象”(如圖1所示)的啟發,小明在家利用量筒、碗、水盆和足量的水(密度為ρ水)、油性筆等,測量小玻璃珠的密度,如圖2所示,實驗步驟如下(請將步驟④補充完整)。
類型2 缺天平
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①如圖甲所示,取一定數量的小玻璃珠放入空碗中,再把碗放入盛有水的水盆中,用油性筆在碗外壁上標記水面的位置。
②如圖乙所示,往量筒內倒入適量的水,記下量筒中水的體積V1。
③如圖丙所示,取出碗中所有的小玻璃珠并放入量筒中,記下小玻璃珠和水的總體積V2。
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④如圖丁所示,將量筒中的水慢慢倒入水盆中的空碗內,直到標記處與碗外水面　　　　,記下量筒中小玻璃珠和剩余水的總體積V3,完成下列填空(選用V1、V2、V3和ρ水表示以下物理量):
(1)小玻璃珠的總體積為V=　　　　。
(2)小玻璃珠的總質量為m=　 　　　。
(3)小玻璃珠密度的表達式為ρ=　 　　　。
(4)在不改變實驗方法的前提下,請提出一條提高測量精度的措施:　　　　　　　　　 　　　　。
相平
測量水的體積時，視線要以凹液面為準
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4.小明想測量某種液體的密度,由于缺少天平,設計了如下實驗:
(1)在量筒內盛適量的水,記下此時量筒內水面到達的刻度為V1,如圖甲所示。
(2)將一密度較小的物體放在盛水的量筒中,記下此時量筒內水面到達的刻度為V2,如圖乙所示。
(3)在另一量筒內盛適量待測液體,記下此時量筒內液面到達的刻度為V3,如圖丙所示。
(4)將該物體從水中拿出,擦干后放入裝有待測液體的量筒中,記下此時量筒內液面到達的刻度為V4,如圖丁所示。
(5)液體密度的表達式ρ液=　　　　。(水的密度用ρ水表示)
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5.小霞利用刻度尺、圓柱形容器、有配重的薄壁長燒杯和適量的水測金屬塊的密度,她設計的實驗步驟如下(已知S容∶S燒杯=2∶1,g取10 N/kg):
類型3 雙缺型
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(1)首先向底面積為S容的圓柱形容器中裝入適量的水,將一只裝有配重的底面積為S燒杯的薄壁長燒杯放入圓柱形容器的水中,燒杯靜止時容器中水的深度H1為20 cm,如圖甲所示,則此時水對容器底部的壓強為
　　　　Pa。
(2)將金屬塊吊在燒杯底部,燒杯靜止時露出水面的高度h1為5 cm,容器中水的深度H2為35 cm,如圖乙所示,則金屬塊的質量為
　　　 　(用已知物理量符號表示,水的密度為ρ水)。
(3)將金屬塊放在燒杯中,燒杯靜止時露出水面的高度h2為1 cm,如圖丙所示,則金屬塊的密度為　　　　kg/m3。
2000
7.5×103
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1.從課后習題中選取；
2.完成練習冊本課時的習題。
課后反饋總結
布置作業
謝謝觀看！

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