10.4 跨学科实践：制作微型密度计-(共27张PPT)2024～2025学年人教版初中物理八年级下册

(共27张PPT)
第十章 浮力
第4节 跨学科实践：制作微型密度计
密度计及测量液体的密度
3.通过跨学科融合，激发对科学探索的兴趣，体验知识的综合运用和培养创新思维和环保意识
1.知道漂浮条件在密度计制作中的应用
2.通过制作微型密度计培养设计方案、具体动手操作及发现问题并解决问题的能力
消毒酒精的密度约为0.87×103 kg/m3。用密度计测量酒精的密度，是一种初步判断其是否合格的简单方法。不过常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。
如果能设计和制作一个微
型密度计，测量时只要把微型
密度计放入小瓶中，就能方便、
快速地判断其是否合格。
项目提出
要制作一个微型密度计，需要完成以下任务。
1.设计一个能放入小瓶中，并判断酒精是否合格的微型密度计。
2.按照设计要求，完成微型密度计的制作。
项目分析
测量原理
物体的漂浮条件：
F浮=G物
分析：
密度计在三种液体中都漂浮，所以，F浮1=G密度计，F浮2=G密度计，F浮3=G密度计
甲 乙 丙
可以得到：F浮1=F浮2=F浮3
即：ρ1gV排1=ρ2gV排2=ρ3gV排3
由图知V排1＞V排2＞V排3，故 ρ1＜ρ2＜ρ3
同一支密度计
正确判断
该项目中我们只需检查酒精的密度是否在一个合理的范围内，所以只需在密度计的标度杆上标出一个范围，测量酒精的液面是否在这个范围之内，就可以判定该酒精是否合格。
ρ1 ＜ ρ2 ＜ ρ3
ρ3=0.88×103kg/m3
ρ1=0.86×103kg/m3
ρ2=0.87×103kg/m3
1. 设计
(1)要求：设计一个能放入小瓶中，并判断消毒酒精(密度约为0.8 7×103 kg/m3)是否合格的微型密度计。
(2)基本思路：如图4 所示，把塑料吸管的下端用蜡
封口并缠上铜丝，设法让它能竖直漂浮在液面上。
这就是一个最简单的密度计。
项目实施
深度思考 我们在自制密度计时可能会出现下面两种现象，你是怎样解决这两个问题呢
①自制密度计放入小瓶后，可能会触碰瓶底，还可能会使酒精溢出。
②自制密度计漂浮在不同密度的酒精中时，作为标度杆的吸管因直径太大，可能会造成液面在吸管上的位置变化很小，使我们难以判断酒精密度的大小。
深度理解
①密度计所受的浮力等于它所受的重力，浮力的大小决定了排开酒精的体积。所以应减小密度计的重力(质量)；
②吸管的直径影响了液面在吸管上位置的变化，所以应减小吸管直径。
总结同学们要设计符合要求的密度计，应该着重考虑两个因素：一是密度计的质量；二是标度杆的直径。
(3)估算密度计的质量
我们设计的微型密度计的质量约为多少g ？对于100 mL的小瓶酒精来说，若微型密度计测量时排开1～2 mL 的酒精，一般不会导致酒精的溢出。1～2 mL 酒精的质量为1 g 左右，因此微型密度计的质量也应为1 g 左右。
(4)估算标度杆的直径
请你估算标度杆的直径约为多少毫米？
如图5 所示，若密度计漂浮在0.86×103 kg/m3 的酒精中，液面位于标度杆的A 位置；漂浮在0.88×103 kg/m3 的酒精中，液面位于标度杆的B位置, 则测量时液面位于A、B 之间的消毒酒精都是合格的。
A、B 间的长度过小，不便于观察者分辨。为此，可设定A、B 间的长度不少于4 mm。现微型密度计的质量约为1 g，根据圆柱体的体积公式得VA-VB=ΔV=S×hAB，即-=S×0 .4 cm，解得标度杆的横截面积约为0 .0 7 cm 2，直径约为3 mm 。
(5)设计微型密度计的结构
深度思考 如何使吸管竖直漂浮在酒精中？怎么解决？
深度理解
往吸管里装入适量的铜丝作配重，调整重心使吸管竖直漂浮在酒精中，此时符合漂浮条件F浮=G物。
2. 制作
(1) 选材料：饮料吸管(标度杆)、石蜡和打火机(封口)、细铜丝或螺丝钉(配重)、泡沫塑料球(浮子)、记号笔(标识刻度)、刻度尺(测量浸入液体的深度)、水、酒精等。
(2) 制作步骤
①取一根长约20 cm 的圆柱状饮料吸管，先将吸管两端剪平，取适量铜丝密绕成小团后从吸管下端塞入作为配重，并用石蜡将吸管的下端口堵住密封，在吸管中部套一个泡沫塑料球作为浮子，初步做成一个微型密度计。
②把这个密度计漂浮在水中调节配重。改变铜丝的长度，使密度计在水中漂浮时浮子浸没在水中，水面上方露出一段标度杆。
③把调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中。待微型密度计静止时，依据液面的位置在标度杆上做一个记号。最后，用4 mm 宽的彩色胶布中心对着记号贴在标度杆上，微型密度计就做好了。
⒈用制作棉签的实心塑料杆（直径约为3mm）作为标度杆，塑料杆中部套一个直径约1.2cm的泡沫塑料球作为浮子，下端绕有铜丝作为配重，初步做成一个密度计（如图）。
实心
塑料杆
塑料球
铜丝
下面的制作方案供同学们参考。
⒉把这个密度计漂浮在水中调节配重。改变铜丝的长度，使密度计在水中漂浮时浮子浸没在水中，水面上方露出一截塑料杆。
⒊把调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中。待微型密度计静止时，依据液面的位置在标度杆上做一个记号。
⒋最后，用4mm宽的彩色胶布中心对着记号贴在塑料杆上，微型密度计就做好了（如图）。
制作的密度计放入酒精中不能竖直时，可按如下方法调整：
①调整底部金属丝，使其尽可能分布均匀，尽可能靠近下端；
②减少吸管露出水面部分的长度，降低吸管的重心，也有利于其保持竖直；
③在浮子的一侧粘上一个配重。
将吸管穿过塑料小球并固定小球。
用打火机加热塑料吸管的底端，捏合封闭底端并缠绕金属丝。
调整缠绕的金属丝的长度，使密度计浸入标准酒精中的深度合适，并能竖立。
展示交流
1.老师准备了若干瓶密度不同的酒精，请用自制的微型密度计测量这些酒精，判断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。你的测量结果与老师公布的结论相同吗
消毒酒精编号 1 2 3
实际密度（g/cm3）
测量的结果 （符合/偏大/偏小）
0.83 0.87 0.90
展示交流
2.如果你的测量结果与老师公布的结论不同，请分析产生误差的原因。
3.如果你的测量结果与老师公布的结论相同，说说你的体会。
密度计的上下限标记和塑料杆的直径有关，当测量该数据不准确时，会造成标记的错误，如果测量的直径偏大，则算出来的刻度范围偏小；反之则偏大。
自制密度计判断清水和盐水
视频
制作微型密度计
项目提出
设计和制作一个微型密度计
展示交流
1.设计一个能放入小瓶中，并判断酒精是否合格的微型密度计。
2.按照设计要求，完成微型密度计的制作。
1.检验几瓶密度不同的酒精消毒液；
2.进行误差分析；
3.交流谈谈自己的体会。
项目分析
项目实施
1.设计一个微型密度计
2.制作一个微型密度计
　　1． 在“自制密度计”的综合实践活动中，小明按照教材的要求
制作了简易密度计，取一根粗细均匀的饮料吸管，在其下端塞入适量
金属丝并用石蜡封口(如图所示)．为了给密度计标上刻度，他进行了
如下操作：
　　①将密度计放入水中，待其竖立静止后，在密度计上
与水面相平处标上1.0 g/cm3；
　　②将其放入密度为0.9 g/cm3的植物油中，用同样的方
法在密度计上标上0.9 g/cm3；
　　③接着他以两刻度线间的长度表示0.1 g/cm3，将整个
饮料吸管均匀标上刻度．
针对他的实验步骤，下列说法正确的是（　B　）
A． 小明制作的密度计，刻度0.9 g/cm3应该在B点附近
B． 若所测的盐水的实际密度为1.1 g/cm3，则实际液面处在此密度计B点附近
C． 若所测的酒精的实际密度为0.8 g/cm3，则实际液面处在此密度计0.8 g/cm3刻度线的下方
D． 在实验步骤③中，小明这样均匀标示刻度是正确的
B
2． 如图所示，将一支简易密度计分别放入盛有不同液体的甲、乙两
个相同的烧杯中，静止时两液面相平，以下判断正确的是（　A　）
A． 密度计在甲、乙两个烧杯中所受浮力相等
B． 密度计在乙烧杯中排开液体的质量较大
C． 甲烧杯中液体的密度小于乙烧杯中液体的密度
D． 甲烧杯底部受到的液体压力等于乙烧杯底部受到的液体压力
A
3． 利用塑料笔芯自制密度计，同款的新笔芯和用了一半油墨的旧笔芯应该选用 (选填“新”或“旧”)笔芯．将所选笔芯放入水中，它能竖直漂浮在水中，在笔芯上标出水面的位置A；将笔
芯放入酒精中，仍可漂浮，标出液面的位置B，如图所
示，该笔芯漂浮在水中受到的浮力大小 (选填
“＞”“＝”或“＜”)在酒精中时受到的浮力大小．已知水的
密度ρ1＝1.0 g/cm3，酒精的密度ρ2＝0.8 g/cm3，若笔芯漂
浮在密度为ρ3＝0.9 g/cm3的液体中，则液面对应的位置可
能是 (选填“C”或“D”)．
旧
＝
D