年級
八年級
授課時間
課題
9.4 跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機
教學
目標
1. 能理解活塞抽水機的工作原理，掌握簡易活塞抽水機的制作方法，并了解大氣壓強在其中的應(yīng)用。
2. 通過動手制作、測試與調(diào)整的過程，培養(yǎng)學生的實踐操作能力、問題解決能力和團隊合作精神。
3. 激發(fā)學生對科學探索的興趣，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和環(huán)保意識，通過跨學科融合體驗知識的綜合運用。
教材
分析
本節(jié)分“活塞式抽水機的工作原理”和“制作活塞式抽水機”兩部分內(nèi)容?；钊匠樗畽C的工作原理、制作活塞式抽水機是本節(jié)教學的重點，也是難點。
本節(jié)內(nèi)容實際上是大氣壓強的一個典型應(yīng)用。在教學過程中，教師應(yīng)根據(jù)這一思想突出活塞抽水機的工作原理。針對學生在制作過程中可能遇到的問題，耐心指導，培養(yǎng)學生的動手實踐能力。
學情分析
八年級學生在物理學科的學習上已經(jīng)具備了一定的基礎(chǔ)，對力的作用、壓力、大氣壓等概念有了初步的認識。為學生對活塞式抽水機的工作理及其制作奠定了基礎(chǔ)。在教學過程中，應(yīng)關(guān)注以下幾點：
1. 針對學生好奇心強的特點，充分激發(fā)學生的學習興趣，引導學生主動探究活塞式抽水機的工作原理。
2. 在教學過程中，教師應(yīng)以學生為中心，充分調(diào)動學生的主觀能動性，使學生在輕松愉快的氛圍中學習物理知識，提高學生的科學素養(yǎng)。
教學重點
活塞式抽水機的工作原理；制作活塞式抽水機。
教學難點
活塞式抽水機的工作原理；制作活塞式抽水機。
教學
器材
一個用來裝洗滌液的空瓶子，一根筷子，一塊塑料片，一個玻璃球，一塊橡皮膏，一根塑料管。
多媒體ppt，包含視頻：《活塞式抽水機原理》、《自制活塞式抽水機》等。
教學過程
教師活動
學生活動
導入新課
在生產(chǎn)生活中，人們常用抽水機將水從低處抽到高處。其中有一種活塞式抽水機，利用人力反復提壓手柄就可以抽水。
本節(jié)我們就自己動手制作一臺簡易活塞式抽水機。
思考問題，進入情境。
學習新課 一、活塞式抽水機原理
1 . 提出問題
取一個注射器，把針頭插到裝有水的盆中，向上拉動活塞，就能看到水從低處升到高處。如果向下壓活塞，水就會被壓回盆中。
怎樣才能不斷地將水提升到高處呢?

2. 活塞式抽水機的構(gòu)成
活塞式抽水機由圓筒、活塞、出水管、兩個單向閥門A、B等組成。
3. 活塞式抽水機的工作原理
【師生共同分析】
①提起活塞，閥門A受到大氣壓的作用關(guān)閉?；钊旅婵諝庀”?，氣壓小于外界的大氣壓。低處的水受到大氣壓的作用，推開閥門B進入圓筒。
②當壓下活塞時，閥門B被水壓下關(guān)閉，水被阻不能向下流動，于是沖開閥門A進入圓筒的上部。
③再提起活塞時，活塞上面的水迫使閥門A關(guān)閉，水從側(cè)管流出。同時井的水又在大氣壓的作用下推開閥門B而進入圓筒。
【播放視頻】——《抽水機的工作原理》
【例題1】如圖是活塞式抽水機工作的示意圖，下列說法錯誤的是（ ）
A．抽水機是利用大氣壓來工作的
B．在圖甲中，閥門A與B都是單向閥門
C．在圖乙中，在Q點向上抬手柄PQ時，閥門B由于受液體壓力而關(guān)閉，水被阻不能向下流動
D．這樣的抽水機提升水的高度可以無限高
【答案】D.
【解析】A．抽水機是先將筒內(nèi)的空氣排出，使其內(nèi)部壓強較小，水在外界大氣壓的作用下被壓到高處，是利用大氣壓工作的，A正確，不符題意；
B．在圖中，抽水機的閥門A與B都是單向閥門，B正確，不符題意；
C．在圖乙中，在Q點向上抬手柄PQ時，閥門B由于受液體壓力而關(guān)閉，形成一個閉合的空間，所以水被阻不能向下流動，C正確，不符題意；
D．抽水機是利用大氣壓來工作的，大氣壓強取1標準氣壓，則支持的水柱高為
h水=p0ρ水g=1.0×105帕1.0×103千克/米3×9.8牛/千克 = 10米
即1標準氣壓能支持10m高左右的水柱，所以抽水機提升水的最大高度約為10m，故D錯誤，符合題意。
所以選D.
思考問題，進入主題。
與老師一起分析活塞式抽水機、離心式抽水機的原理，知道都是利用了大氣壓。
做例題1，會根據(jù)活塞式抽水機的工作原理分析工作過程。
學習新課 二、設(shè)計并制作活塞式抽水機
1. 設(shè)計活塞式抽水機
【提出問題】制作活塞式抽水機，需要考慮幾個關(guān)鍵問題。例如，如何選一個密封性好的圓筒?怎樣制作活塞?從哪兒進水，從哪兒出水，又該怎樣制作兩個閥門?
請發(fā)揮你的聰明才智，充分利用身邊的材料，與同學們一起認真思考討論，制訂設(shè)計方案。
2. 制作活塞式抽水機的材料
一個用來裝洗滌液的空瓶子，一根筷子，一塊塑料片，一個玻璃球，一塊橡皮膏，一根塑料管。
3. 制作活塞式抽水機的步驟
（1）如圖甲所示，剪下瓶子的瓶底，瓶子上部作為抽水機的圓筒。把瓶底再略剪一小部分作為活塞，使瓶底的外徑與瓶子的內(nèi)徑相吻合。
（2）如圖乙所示，在瓶子的側(cè)壁上打一個出水口，插上一段塑料管作為出水管。拔掉瓶蓋上的小帽，把瓶口作為進水口。
（3）如圖丙所示，在活塞上打兩個孔A、B，中間的孔A用來固定筷子。用橡皮膏把塑料片的一邊黏在活塞上，使塑料片能蓋住孔B，作為一個閥門。把玻璃球放到瓶子里作為另一個閥門。

甲 圓筒和活塞 乙 出水管 丙 帶閥門的活塞
（4）如圖所示，裝上活塞，抽水機就組裝好了。將瓶口朝下浸入水中，上下拉動活塞，抽水機就會把水抽上來。
4. 測試與調(diào)整
將整個裝置裝滿水，注意水位應(yīng)低于出水口。上下移動活塞桿，觀察水是否能通過單向閥門被有效吸入并排出。特別注意檢查單向閥門的工作效果，確保水在活塞上升時能夠進入瓶內(nèi)，而在活塞下降時不會回流。如果發(fā)現(xiàn)有漏水或回流現(xiàn)象，檢查各連接處的密封性和單向閥門的工作效果，并進行必要的調(diào)整。
5. 展示交流
（1）用制作好的抽水機抽水。比一比哪個小組制作的抽水機運轉(zhuǎn)得更流暢。
（2）講解抽水機各部件的作用，并說明選擇材料時的想法。說一說，它們是怎樣實現(xiàn)抽水功能的?這樣的抽水機提升水的最大高度是多少?
（3）你能從設(shè)計、選材上提出優(yōu)化方案，制作一個更好的抽水機嗎?
【播放視頻】——《自制活塞式抽水機》
6. 拓展——離心抽水機
【師生分析】如圖所示，抽水機在啟動前，先往泵殼內(nèi)灌滿水，排出泵殼內(nèi)的空氣，當啟動后，葉輪在電動機的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，泵殼里的水也隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，同時被甩入出水管中，這時葉輪附近的壓強減小，大氣壓迫使低處的水推開底閥，沿進水管進入泵殼，進入泵殼的水又被葉輪甩入出水管，這樣一直循環(huán)下去，就不斷把水送到了高處。
以小組為單位制訂設(shè)計方案。
根據(jù)實驗方案進行制作。

把自制的模型進行測試與調(diào)整，進行優(yōu)化提高。
把自制的模型進行展示交流，講解抽水機各部件的作用。
觀看視頻，了解制作過程。
了解離心抽水機的原理。

課
堂
練
習
課
堂
練
習
1．活塞式抽水機的工作原理如圖所示，當活塞被從圓筒底部提起時，閥門A____，地下水在_______的作用下推開閥門______，進入圓筒中。
【答案】關(guān)閉，大氣壓，B。
【詳解】由圖可知，當提起活塞時，閥門A關(guān)閉，活塞內(nèi)的氣體體積增大，氣壓降低，低于外界的大氣壓，因此管外的水在大氣壓的作用下推開閥門B，進入圓筒中。
2. 如圖使用活塞式抽水機時，若提起活塞，閥門A關(guān)閉，活塞下面的空氣稀薄，低處的水受到_______的作用推開閥門B進入圓筒。當壓下活塞時，閥門B被水壓下而關(guān)閉，水被阻不能向下流動，沖開閥門_____進入圓筒的上部。再提起活塞時，活塞上面的水迫使閥門______關(guān)閉，水從側(cè)管流出。
【答案】大氣壓，A，A。
【詳解】使用活塞式抽水機，若提起活塞，閥門A關(guān)閉，活塞下面的空氣少，低處的水受到大氣壓的作用推開閥門進入圓筒。
壓下活塞時，閥門B被水壓下而關(guān)閉，水被阻不能向下流動，沖開閥門A，進入圓筒的上部。
再提起活塞時，活塞上面的水迫使閥門A關(guān)閉，水從側(cè)管流出。
3．如圖是活塞式抽水機工作示意圖，下列說法錯誤的是（ ）
A．抽水機是利用大氣壓來工作的
B．在圖甲中，當用力在Q處向下壓手柄PQ時，手柄上的P點受到的作用力豎直向上
C．在圖乙中，在Q點向上抬手柄PQ時，閥門B由于受液體壓力而關(guān)閉，水被阻不能向下流動
D．這樣的抽水機提升水的最大高度約為10m
【答案】B。
【詳解】A．抽水機是先將筒內(nèi)的空氣排出，使其內(nèi)部壓強較小，水在外界大氣壓的作用下被壓到高處，所以抽水機是利用大氣壓工作的，故A正確，不符題意；
B．圖甲中，當用力在Q處向下壓手柄PQ時，手柄上P點對活塞一個向上的力，由于物體間力的作用是相互的，活塞對P的作用力是向下的，故B錯誤，符合題意；
C．在圖乙中，在Q點向上抬手柄PQ時，閥門B由于受液體壓力而關(guān)閉，形成一個閉合的空間，所以水被阻不能向下流動，故C正確，不符合題意；
D．抽水機是利用大氣壓來工作的，已知大氣壓強為p0=1.0×105Pa，由p=ρgh可得
h水=p0ρ水g=1.0×105帕1.0×103千克/米3×9.8牛/千克 = 10米
則1標準氣壓能支持10m高的水柱，故抽水機提升水的最大高度約為10m，故D正確，不符合題意。
故選B。
4. 如圖所示是活塞式抽水機工作的示意圖。其中手柄AOB是杠桿，O為支點。當活塞向上運動，將地下水汲上來時，請畫出手柄所受動力F1的力臂及阻力F2。

【答案】見右圖。
【詳解】延長動力作用線，過支點O作動力作用線F1的垂線段L1，阻力作用點在點A，方向豎直向下，如圖所示.
板
書
設(shè)
計
第4節(jié) 跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機
一、活塞式抽水機的工作原理
二、設(shè)計并制作活塞式抽水機
1. 設(shè)計方案。
2. 材料。
3. 制作步驟。
4. 展示交流。
課
堂
小
結(jié)
第4節(jié) 跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機
作
業(yè)

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