初中物理人教版（2024）八年級下冊（2024）第4節(jié) 跨學(xué)科實(shí)踐：制作微型密度計(jì)評優(yōu)課教學(xué)ppt課件

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第4節(jié) 跨學(xué)科實(shí)踐：制作微型密度計(jì)
1. 密度計(jì)在液體中處于_______狀態(tài)。根據(jù)二力平衡條件得：F浮=G密度計(jì)=m密度計(jì)g根據(jù)阿基米德原理得：F浮=G排=m排g所以 m排=m密度計(jì)即排開液體的質(zhì)量______密度計(jì)的質(zhì)量。
2. 同一支密度計(jì)漂浮在甲、乙兩種液體中。根據(jù)二力平衡條件可知，在甲、乙兩種液體中浮力都等于密度計(jì)的______，即浮力相等；根據(jù)阿基米德原理可知 F甲浮=ρ甲gV排甲，F(xiàn)乙浮=ρ乙gV排乙得出 ρ甲V排甲=ρ乙V排乙排開液體的體積與液體的密度成____比。因?yàn)閂乙排＞V甲排，所以密度ρ甲_______ ρ乙。
1. 通過實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)常用密度計(jì)測量的局限性，提出制作能測量小瓶酒精密度的微型密度計(jì)的任務(wù)，提高觀察能力和提出問題的能力。2. 應(yīng)用阿基米德原理及二力平衡的條件分析密度計(jì)的工作原理，設(shè)計(jì)微型密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和有關(guān)參數(shù)，培養(yǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力，發(fā)展演繹推理、科學(xué)論證及創(chuàng)造性的科學(xué)思維。3. 通過微型密度計(jì)的制作和漂浮狀態(tài)的調(diào)試，培養(yǎng)實(shí)踐操作能力。4. 在微型密度計(jì)的制作過程中，經(jīng)歷挫折與不斷創(chuàng)新改進(jìn)，培養(yǎng)謙虛謹(jǐn)慎、鍥而不舍的科學(xué)品質(zhì)。通過小組分工與合作，激發(fā)合作意識，提升溝通能力。
1. 設(shè)計(jì)一個(gè)能放入小瓶中，并能用來判斷酒精是否合格的微型密度計(jì)。2. 按照設(shè)計(jì)要求，完成微型密度計(jì)的制作。3. 課堂總結(jié)4. 提升訓(xùn)練
消毒酒精的密度約為0.87×103kg/m3。用密度計(jì)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(jì)體積較大，很難放入小瓶酒精中進(jìn)行測量（如圖所示）。如果能設(shè)計(jì)和制作一個(gè)微型密度計(jì)，測量時(shí)只需把微型密度計(jì)放入小瓶中，就能方便、快速地判斷酒精是否合格。
制作一個(gè)微型密度計(jì)，需要完成以下任務(wù)。1. 能放入100mL的小瓶中測量；2. 能檢測酒精的密度是否合格。合格范圍：0.86×103~0.88×103kg/m33. 按照設(shè)計(jì)要求，完成微型密度計(jì)的制作。
（1）設(shè)計(jì)思路如圖所示，把塑料吸管的下端用蠟封口并纏上銅絲，設(shè)法讓它能豎直漂浮在水面上。這就是一個(gè)最簡單的密度計(jì)。
思考：（1）測量時(shí)要使酒精不溢出需設(shè)計(jì)哪個(gè)量?（2）密度計(jì)質(zhì)量設(shè)計(jì)多少合適?（3）要精確地測量密度需設(shè)計(jì)哪個(gè)量?（4）標(biāo)度桿直徑多少比較合適?（5）標(biāo)度桿質(zhì)量不到1g怎么辦?（6）配重的標(biāo)度桿怎樣才能漂浮?（7）浮子的體積多大合適?
（1）測量時(shí)要使酒精不溢出需設(shè)計(jì)哪個(gè)量?自制密度計(jì)放入盛酒精的小瓶后，可能會(huì)觸碰瓶底，還可能會(huì)使酒精溢出。另外，它漂浮在不同密度的酒精中時(shí)，作為標(biāo)度桿的吸管因直徑太大，可能會(huì)造成液面在吸管上的位置變化很小，使我們難以判斷酒精密度的大小。怎樣解決這兩個(gè)問題呢?
由阿基米德原理F浮=ρ酒精gV排和二力的平衡條件F浮=G密度計(jì)可知：ρ酒精gV排=G密度計(jì) ρ酒精gV排=m密度計(jì)g ρ酒精V排=m密度計(jì) 所以密度計(jì)的質(zhì)量決定了排開酒精的體積。吸管（標(biāo)度桿）的直徑影響了液面在吸管上位置的變化。看來，要設(shè)計(jì)符合要求的密度計(jì)，應(yīng)該著重考慮兩個(gè)因素：一個(gè)是密度計(jì)的質(zhì)量，另一個(gè)是標(biāo)度桿的直徑。
（2）估算密度計(jì)的質(zhì)量對于100 mL的小瓶酒精來說，若用微型密度計(jì)測量時(shí)排開1~2 mL的酒精，一般不會(huì)導(dǎo)致酒精溢出。計(jì)算1~2 mL酒精的質(zhì)量（取1mL） 可以取1g。根據(jù)物體的漂浮條件可知，我們設(shè)計(jì)的微型密度計(jì)的質(zhì)量也應(yīng)為1g左右。
（3）估算標(biāo)度桿的直徑可認(rèn)為消毒酒精的密度為0.86×103~0.88×103kg/m3是合格的。如圖所示，若密度計(jì)漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于標(biāo)度桿的A位置；漂浮在0.88×103kg/m3的酒精中，液面位于標(biāo)度桿的B位置，則測量時(shí)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。為此，可設(shè)定A、B間的長度不少于4mm。
設(shè)標(biāo)度桿的橫截面積為S。①如圖甲所示，當(dāng)酒精的液面位于標(biāo)度桿A時(shí)，ρ酒精=0.86g/cm3 則F浮=ρ酒精gV排A F浮=G密度計(jì)=mg故 V排A=mg/ρ酒精g=m/ρ酒精 =1g/（0.86g/cm3）=1.163cm3②同理，如圖乙所示，當(dāng)酒精的液面位于標(biāo)度桿B時(shí)，ρ'酒精=0.88g/cm3V排B=mg/ρ'酒精g=m/ρ'酒精=1.137cm3VAB=V排A-V排B=1.163cm3-1.137cm3=0.026cm3
（4）設(shè)計(jì)微型密度計(jì)的結(jié)構(gòu)為了使微型密度計(jì)能在酒精中豎直漂浮，需要在標(biāo)度桿下部增加配重（如纏上一些銅絲），但增加了配重的標(biāo)度桿放在酒精中會(huì)下沉，因此還要在標(biāo)度桿上固定一個(gè)浮子來增大浮力。這樣，微型密度計(jì)由標(biāo)度桿、浮子和配重三部分組成，配重位于最下方。
（1）測量時(shí)要使酒精不溢出需設(shè)計(jì)哪個(gè)量?（質(zhì)量）（2）密度計(jì)質(zhì)量設(shè)計(jì)多少合適?（1g左右）（3）要精確地測量密度需設(shè)計(jì)哪個(gè)量?（標(biāo)度桿直徑）（4）標(biāo)度桿直徑多少比較合適?（直徑約0.3cm）（5）標(biāo)度桿質(zhì)量不到1g怎么辦?（加配重至1g）（6）配重的標(biāo)度桿怎樣才能漂浮?（加1個(gè)浮子）（7）浮子的體積多大合適?（約0.88cm3）
（1）選擇材料①浮子可以用小泡沫塑料球作為浮子，也可以截一段稍粗點(diǎn)的塑料管，將其兩頭封口作為浮子。②標(biāo)度桿直徑約為3 mm的細(xì)塑料管、做棉簽的實(shí)心塑料桿以及細(xì)的圓珠筆芯等，都可以用來做標(biāo)度桿。
③配重可以在實(shí)心塑料桿下端纏上若干圈銅絲，或者在空心的細(xì)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(diào)節(jié)配重。
大家可以團(tuán)隊(duì)協(xié)作，發(fā)揮各自的聰明才智，選擇合適的浮子、標(biāo)度桿和配重，完成微型密度計(jì)的制作。下面的制作方案供同學(xué)們參考。
①組裝器材用制作棉簽的實(shí)心塑料桿（直徑約為3 mm）作為標(biāo)度桿，塑料桿中部套一個(gè)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(gè)微型密度計(jì)。
②調(diào)節(jié)配重把這個(gè)密度計(jì)漂浮在水中調(diào)節(jié)配重。改變銅絲的長度，使密度計(jì)在水中漂浮時(shí)浮子浸沒在水中，水面上方露出一段標(biāo)度桿。
③標(biāo)記刻度把調(diào)好配重的微型密度計(jì)放入標(biāo)準(zhǔn)消毒酒精中。待微型密度計(jì)靜止時(shí)，依據(jù)液面的位置在標(biāo)度桿上做一個(gè)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(jì)就做好了。
1. 老師準(zhǔn)備了若干瓶密度不同的酒精，請用自制的微型密度計(jì)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。你的測量結(jié)果與老師公布的結(jié)論相同嗎?2. 如果你的測量結(jié)果與老師公布的結(jié)論不同，請分析產(chǎn)生誤差的原因。3. 如果你的測量結(jié)果與老師公布的結(jié)論相同，說說你的體會(huì)。
阿基米德原理 F浮=ρ酒精gV排 二力的平衡條件 F浮=G密度計(jì) =m密度計(jì) g①密度計(jì)的質(zhì)量約1g。②標(biāo)度桿的直徑3mm。 ③組成：標(biāo)度桿、浮子和配重。④浮子的體積約0.88cm3。①選擇材料：浮子、標(biāo)度桿、配重。②制作：組裝器材、調(diào)節(jié)配重、標(biāo)記刻度。③展示交流。
1. 某同學(xué)自制的簡易密度計(jì)如圖所示，它是用木棒的一端纏繞銅絲做成的。將其放入不同的液體中，會(huì)呈豎直漂浮狀態(tài)，下列說法錯(cuò)誤的是（ ） A．木棒漂浮在水面上，靜止時(shí)密度計(jì)的重力等于水對其的浮力B．木棒浸入液體的體積越大，說明該液體密度越小C．讀數(shù)需用手扶住密度計(jì)D．木棒越細(xì)測量誤差越小
A.木棒在水中都漂浮，則根據(jù)漂浮條件可知：F浮 =G；故A正確；B. 因?yàn)楦×Φ扔谂砰_液體受到的重力，木棒在液體中受到浮力相等，排開液體重力和質(zhì)量也相等，木棒浸入液體的體積越大，排開液體的體積越大，說明該液體的密度越小，故B正確；C. 密度計(jì)靜止時(shí)受力平衡，讀數(shù)不能用手扶密度計(jì)，故C錯(cuò)誤；D. 木棒重力一定，木棒越細(xì)，在液體外得長度變化越明顯，測量誤差越小，故D正確。故選C.
2. 在鉛筆的下端纏上一些鉛絲(使鉛筆豎直浮在液體中)，就制成了一個(gè)很有用的土密度計(jì)。將它分別放到盛有不同液體的杯中，靜止時(shí)的情景如圖所示．對于這個(gè)土密度計(jì)的下列判斷不正確的是（ ）A．它在液體中漂浮時(shí)，受到的重力與浮力大小相等B．它在三種液體中受到的浮力相等C．乙容器中液體的密度最小D．密度計(jì)在乙和丙的狀況，類似于船在海里和河里的狀況
AB．密度計(jì)漂浮在液體中，所以在液體中所受的浮力均等于其重力，故AB說法正確；C．密度計(jì)漂浮時(shí)浮力相等，排開乙液體的體積最小，所以乙液體的密度最大，故C錯(cuò)誤；D．密度計(jì)在乙、丙液體中均漂浮，乙液體的密度較大，V排較小，丙液體的密度較小，V排較大，類似于船在海里和河里的狀況，故D說法正確．故選C。
3. 在吸管一端塞入銅絲作為配重制作密度計(jì)，兩端用蠟密封好，放水中后如圖甲，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)_______（選填“增加”或“減少”）銅絲的量。調(diào)整并標(biāo)好刻度后如圖乙，A處示數(shù)為1g/cm3，B處為1.8g/cm3。把它放入某液體中，液面恰好處在AB的中點(diǎn)C處，則所測液體的密度_______（選填“大于”“等于”或“小于”）1.4g/cm3。如果再增加一些配重，則C處對應(yīng)的液體密度值應(yīng)_______（選填“調(diào)大”“不調(diào)”或“調(diào)小”）。
4. 如圖所示，小華制作一個(gè)簡易的密度計(jì)：她選擇—根長16cm的飲料吸管，將一些銅絲從下端塞入并用石蠟封口，使吸管在液體中漂浮時(shí)能保持在豎直方向。?????（1）密度計(jì)在液體中漂浮時(shí)，受到的浮力 (選填“大于”“等于”或“小于”)重力。（2）把密度計(jì)放入水中，露出水面的長度是7cm，再將密度計(jì)放入某液體中，露出液面的長度是6cm，則此液體的密度為 ．
0.9×103kg/m3
（3）有兩根粗細(xì)不同的吸管甲和乙，甲管較粗，乙管較細(xì)，裝入銅絲后總質(zhì)量相同。則 (選填 “甲”或“乙”)吸管制成的密度計(jì)測量結(jié)果更精確。