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第十章 浮力
跨学科实践：制作微型密度计
第4节
【学习目标】
物理观念:认识密度计的结构、刻度方法和工作原理,理解漂浮条件及应用。
科学思维:运用控制变量法,探究提高密度计测量准确程度的方法。
科学探究:制作密度计,会使用密度计测量液体的密度;经历密度计的制作过程,认识密度计的构造、刻度方法和工作原理。
科学态度与责任:培养学生动手、发现问题、解决问题的能力;通过了解物理知识在实际生活中的应用,进一步提高学习物理知识的能力,养成实事求是的科学态度。
淡水
盐水
你能区分盐水和淡水吗？
使用密度计，将密度计放在两种液体中，密度大的是盐水。
分别测量质量和体积，计算密度，密度大的是盐水。
将同一只鸡蛋放在两种液体中，比较浮沉情况，鸡蛋上浮的是盐水。
探究新知
把密度计放在小瓶中测量消毒酒精的密度，发现不能放在小瓶中，应该怎么办？
用更小的密度计来进行测量。
今天我们来学习并制作“微型密度计”。
探究新知
二、项目分析
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，完成微型密度计的设计制作。
探究新知
三、项目实施
（一）项目设计
1.基本思路：如图是密度计实物图和结构图，观察并思考如何设计一个最简单的密度计。
探究新知
将塑料吸管下端封口并缠上铜丝，使它漂浮在液面上，就制成了一个最简单的密度计。
密度计上的膨胀球的作用是什么？
增大排开液体的体积，从而增大浮力，不致于使密度计沉入液体中。
为什么制作密度计时要将塑料吸管下端封口并缠上铜丝？为什么加重物就能竖直漂浮？
为了降低重心，使密度计不致于倾斜。
加铜丝这一过程，我们称为配重。
膨胀球
探究新知
请同学们为自己的密度计配重并使得它能够竖直漂浮在这些液体中。
你在操作过程中有什么发现？
配重不能太多，会使吸管下沉到杯底。
配重不能太少，会使吸管倾斜，不能竖直漂浮在水中。
阅读课本，制作符合要求的密度计，应该着重考虑的两个问题是什么？
密度计的质量和标度杆的直径。
探究新知
若密度计排开酒精体积过大，酒精会溢出，可以认为排开的酒精为1～2mL，则酒精不会溢出，若溢出的酒精为1mL，密度计的质量大约为多少？酒精的密度取0.88g/cm3。
（2）估算密度计的质量
F浮＝G排＝G密度计＝ρ酒精gV排，即G密度计＝m密度计g=ρ酒精gV排，m密度计=ρ酒精V排＝0.88g/cm3×1cm3=0.88g≈1g。
探究新知
根据阿基米德原理和浮沉条件得：ρ酒精gV排＝m密度计g，ρ酒精V排＝ρ酒精Sh=m密度计，分别列式：
0.86g/cm3×S×hA=1g、0.88g/cm3×S×hB=1g， hA=
hB=
A与B的长度差为4mm，则可列式：
＝0.4cm，解得S≈0.7cm2。
－
根据面积公式S＝πr2我们可以粗略估计标度杆的直径约为0.3cm，即3mm。
（3）估算标度杆的直径。阅读课本，为设定A、B之间的长度不少于4mm，估算标度杆的横截面积。
探究新知
（4）设计微型密度计的结构
阅读课本，微型密度计的结构，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成。
标度杆：
浮子：
配重：
探究新知
标记刻度。
增大浮力。
降低重心，使密度计不致于倾斜。
（二）制作
小组合作制作微型密度计。
1.用制作棉签的实心塑料杆做标度杆，标度杆中部套一泡沫塑料球作为浮子。
2.实心塑料杆下端缠绕铜丝，调节铜丝的数量，使微型密度计能竖直漂浮在水中。
3.将调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中，待静止时，根据液面位置在标度杆上做标记，用4mm彩色胶布中心对准记号贴在标度杆上。
探究新知
四、展示交流
展示自己的作品， 并描述在制作过程中遇到的困难和解决的方法。 从取材的合理性、 刻度标注的正确和准确程度、 制作的精巧和美观性等方面进行自我评价和相互评价。
1. 用自制微型密度计测量密度不同的酒精，判断密度是否符合要求，哪瓶偏大，哪瓶偏小，比较测量结果与教师公布的结论是否相同。
2.如果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.若测量结果与老师公布的结论相同，说说你的体会。中小学教育资源及组卷应用平台
第4节 跨学科实践：制作微型密度计 导学案
【学习目标】
物理观念:认识密度计的结构、刻度方法和工作原理,理解漂浮条件及应用。
科学思维:运用控制变量法,探究提高密度计测量准确程度的方法。
科学探究:制作密度计,会使用密度计测量液体的密度;经历密度计的制作过程,认识密度计的构造、刻度方法和工作原理。
科学态度与责任:培养学生动手、发现问题、解决问题的能力;通过了解物理知识在实际生活中的应用,进一步提高学习物理知识的能力,养成实事求是的科学态度。
【学习重点】
应用二力平衡和浮力等知识设计、制作微型密度计.
【学习难点】
在制作过程中能主动发现问题并采取有效方法解决问题.
【探究新知】
一、项目提出
1.如何区分盐水和淡水？
①.
②.
③.
2.把密度计放在小瓶中测量消毒酒精的密度，发现不能放在小瓶中，应该怎么办？
制作微型密度计来进行测量.
二、项目分析
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，完成微型密度计的设计制作.
三、项目实施
（一）项目设计
1.基本思路：将塑料吸管下端封口并缠上，使它在液面上，就制成了一个最简单的密度计.
①密度计上的膨胀球的作用是什么？
.
②为什么制作密度计时要将塑料吸管下端封口并缠上铜丝？为什么加重物就能竖直漂浮？
.
2.估算密度计的质量.
可以认为排开的酒精为1～2mL，则酒精不会溢出，若溢出的酒精为1mL，密度计的质量大约为多少？
小组合作学习：估算密度计的质量，酒精的密度取0.88g/cm3.
，
，
.
3.估算标度杆的直径.
小组合作学习：为设定A、B之间的长度不少于4mm，估算标度杆的横截面积.
根据面积公式S＝πr2我们可以粗略估计标度杆的直径约为0.3cm，即3mm.
4.设计微型密度计的结构
微型密度计由______、______和______三部分组成，这三部分的作用.
标度杆：.
浮子：.
配重：.
（二）制作
小组合作制作微型密度计.
1.用制作棉签的实心塑料杆做标度杆，标度杆中部套一泡沫塑料球作为浮子.
2.实心塑料杆下端缠绕铜丝，调节铜丝的数量，使微型密度计能竖直漂浮在水中.
3.将调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中，待静止时，根据液面位置在标度杆上做标记，用4mm彩色胶布中心对准记号贴在标度杆上.
四、展示交流
展示自己的作品，并描述在制作过程中遇到的困难和解决的方法.从取材的合理性、刻度标注的正确和准确程度、制作的精巧和美观性等方面进行自我评价和相互评价.
1.用自制微型密度计测量密度不同的酒精，判断密度是否符合要求，哪瓶偏大，哪瓶偏小，比较测量结果与教师公布的结论是否相同.
2.如果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.若测量结果与老师公布的结论相同，说说你的体会.
【课堂练习】
1.小琴同学在铅笔下端粘上一块橡皮泥自制了一支密度计，将它分别置于甲、乙两种液体中，静止时两液面相平，如图所示.密度计所受的浮力F甲______F乙，则 ______液体的密度更大，______液体对容器底部的压强更大.
2.利用笔芯自制密度计，同款的新笔芯和用了一半油墨的旧笔芯应该选用，将所选笔芯放入水中，它能漂浮在水中，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______（“＞”、“＜”或“=”）漂浮酒精中时受到的浮力.
3.在制作简易密度计的综合实践活动中，实验小组将吸管的一端塞入一些铜丝作为配重，并用石蜡将吸管的底端封闭，做成一只简易密度计，如图甲.将该密度计分别放入水、盐水和酒精中测试发现，放入其中某一种液体时密度计不能处于竖直状态，则该液体是______，接下来合理的操作是______，改进后重新进行密度的标记实验，标记的刻度如图乙所示，则刻度A处标记的应是______的密度值，实验结束后，同学们还想进一步提高该密度计的精确度，可行的方案是__________________.
4.实验小组制作简易密度计：在吸管的一端塞入一些铜丝作为配重，并用石蜡将吸管的两端封闭起来.
（1）如图甲所示，这根吸管竖直漂浮在不同液体中时，液体的密度越大，它露出液面部分的长度越______（选填“长”或“短”）；
（2）如图乙所示为设计好的密度计的一部分，其刻度线上至A下至甲C，量程是lg/cm3 1.6g/cm3.若把这个密度计放入某种液体中，液面位置恰好在AC的中点B，则这种液体的密度______（选填“大于”、“小于”或“等于”）1.3g/cm3；
（3）若只增加配重，该密度计C处对应的刻度值将变______；在配重不变的情况下，选用细的吸管，测量误差将会______一些.（选填“大”或“小”）
参考答案
一、项目提出
1.①分别测量质量和体积，计算密度，密度大的是盐水.
②将同一只鸡蛋放在两种液体中，比较浮沉情况，鸡蛋上浮的是盐水.
③使用密度计，将密度计放在两种液体，密度大的是盐水.
三、项目实施
（一）1.铜丝漂浮
①增大排开液体的体积，从而增大浮力，不致于使密度计沉入液体中.
②是为了降低重心，使密度计不致于倾斜.
2.F浮＝G排＝G密度计＝ρ酒精gV排，
即G密度计＝m密度计g=ρ酒精gV排，
m密度计=ρ酒精V排＝0.88g/cm3×1cm3=0.88g≈1g.
3.根据阿基米德原理和浮沉条件得：ρ酒精gV排＝m密度计g，ρ酒精V排＝ρ酒精Sh=m密度计，分别列式：0.86g/cm3×S×hA=1g、0.88g/cm3×S×hB=1g，hA=、hB=，A与B的长度差为4mm，则可列式：－＝0.4cm，解得S≈0.7cm2.
4.标度杆 浮子 配重 标记刻度 增大浮力降低重心，使密度计不致于倾斜.
【课堂练习】
1.＝ 甲 甲
2.旧笔芯 竖直 ＝
3.盐水 加配重 酒精 适当增加配重
4.（1）长（2）小于（3）大 小
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第4节 跨学科实践:制作微型密度计
物理观念:认识密度计的结构、刻度方法和工作原理,理解漂浮条件及应用。
科学思维:运用控制变量法,探究提高密度计测量准确程度的方法。
科学探究:制作密度计,会使用密度计测量液体的密度;经历密度计的制作过程,认识密度计的构造、刻度方法和工作原理。
科学态度与责任:培养学生动手、发现问题、解决问题的能力;通过了解物理知识在实际生活中的应用,进一步提高学习物理知识的能力,养成实事求是的科学态度。
教学重点:能应用二力平衡和浮力等知识设计、制作微型密度计。
教学难点:在制作过程中能主动发现问题并采取有效方法解决问题。
教师准备:密度计实物、教学课件。
学生准备:泡沫塑料球、直径约3 mm的塑料管(或细圆珠笔芯)、实心塑料管、铜丝、4 mm宽的彩色胶布、密度不同的酒精、标准消毒酒精(密度已知)、水、小刀、剪刀等。
教学环节 设计意图
一、项目提出 1.教师出示两杯水,其中一杯盛有盐水,另一杯盛有淡水,你能进行区分吗 学生:分别测量质量和体积,计算密度,密度大的是盐水。 学生:将同一只鸡蛋放在两种液体中,比较浮沉情况,鸡蛋上浮的是盐水。 将一段细绳固定在鸡蛋的一端,一名学生上台进行演示。 教师:除了以上两种方法外,还有什么方法 学生:使用密度计,将密度计放在两种液体,密度大的是盐水。 教师展示密度计实物,请学生上台演示。 2.教师再次展示消毒用的小瓶消毒酒精,让学生把密度计放在小瓶中测量密度,发现不能放在小瓶中,提问学生应该怎么办 学生:用更小的密度计来进行测量。 教师:今天我们来学习并制作“微型密度计”。 通过区分淡水和盐水,利用所学知识解决实际问题,同时引入密度计
二、项目分析 课件展示 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,完成微型密度计的设计制作。 明确本节课实践任务
三、项目实施 (一)项目设计 1.基本思路:课件展示密度计实物图和结构图,学生观察并思考如何设计一个最简单的密度计。 师生共同归纳总结:将塑料吸管下端封口并缠上铜丝,使它漂浮在液面上,就制成了一个最简单的密度计。 教师:密度计上的膨胀球的作用是什么 学生:增大排开液体的体积,从而增大浮力,不至于使密度计沉入液体中。 教师:为什么制作密度计时要将塑料吸管下端封口并缠上铜丝 为什么加重物就能竖直漂浮 学生:是为了降低重心,使密度计不至于倾斜。 教师:加铜丝这一过程,我们称为配重。 学生活动:请同学们为自己的密度计配重并使得它能够竖直漂浮在液体中。 学生完成后,小组展示成果。 教师:你在操作过程中有什么发现 学生:配重不能太多,会使吸管下沉到杯底。 学生:配重不能太少,会使吸管倾斜,不能竖直漂浮在水中。 请同学们阅读课本78页,制作符合要求的密度计,应该着重考虑的两个问题是什么 学生:密度计的质量和标度杆的直径。 2.估算密度计的质量。 教师再次展示消毒用的小瓶消毒酒精(100 mL),将密度计的下半部分放入小瓶中,有酒精溢出。若溢出的酒精为1 mL,密度计的质量大约为多少 通过配重使密度计漂浮在水中,为测量密度做准备 学生第一次体验将密度计竖直漂浮在液体中,感受成功的快乐。在动手的过程中了解到浮力等于重力
小组合作学习:估算密度计的质量,酒精的密度取0.88 g/cm3。 小组代表展示计算过程。 F浮=G排=G密度计=ρ酒精gV排,即G密度计=m密度计g=ρ酒精gV排,m密度计=ρ酒精V排=0.88 g/cm3×1 cm3=0.88 g≈1 g。 3.估算标度杆的直径。 小组合作学习:阅读课本78页,设定A、B之间的长度不少于4 mm,估算标度杆的横截面积。 小组代表展示估算过程: 根据阿基米德原理和浮沉条件得:ρ酒精gV排=m密度计g,ρ酒精V排=ρ酒精Sh=m密度计,分别列式:0.86 g/cm3×S×hA=1 g、0.88 g/cm3×S×hB=1 g, hA=、hB=,A与B的长度差为4 mm,则可列式:-=0.4 cm,解得S≈0.07 cm2。 教师:根据面积公式S=πr2我们可以粗略估计标度杆的直径约为0.3 cm,即3 mm(此处计算标度杆的直径较为繁琐,不必浪费过多时间进行计算)。 4.设计微型密度计的结构 学生阅读课本78~79页,明确密度计的结构,微型密度计由浮子、标度杆和配重三部分组成,总结三部分的作用。 (二)制作 学生阅读课本79页,然后小组合作制作微型密度计,教师巡视指导并拍照。 1.用制作棉签的实心塑料杆作为标度杆,塑料杆中部套一泡沫塑料球作为浮子。 2.实心塑料杆下端缠绕铜丝,调节铜丝的长度,使微型密度计能竖直漂浮在水中。 3.将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,根据液面位置在标度杆上做标记。最后,用4 mm宽的彩色胶布中心对准记号贴在标度杆上。 利用浮沉条件和阿基米德原理估算密度计的质量和标度杆的直径,用物理和数学知识解决实际问题 小组合作制作微型密度计,培养学生团队合作精神和科学探究能力
四、展示交流 1.学生展示自己的作品,并描述在制作过程中遇到的困难和解决的方法。从取材的合理性、刻度标注的正确和准确程度、制作的精巧和美观性等方面进行自我评价和相互评价。 2.各小组用自制微型密度计测量密度不同的酒精,判断密度是否符合要求,哪瓶偏大,哪瓶偏小,教师公布答案,比较测量结果与教师公布的结论是否相同。 3.如果测量结果与老师公布的结论不同,请分析产生误差的原因。 4.若测量结果与老师公布的结论相同,说说你的体会。 对制作过程及制作成果及时进行反思,不断改进,培养分析概括能力
第4节 跨学科实践:制作微型密度计
一、项目提出:制作微型密度计。
二、项目分析
三、项目实施
(一)项目设计
1.基本思路:
塑料吸管下端封口并缠上铜丝(配重)。
两个因素:密度计的质量、标度杆的直径。
2.密度计的质量:约1 g。
3.标度杆的直径:3 mm左右。
4.结构:标度杆、浮子、配重。
(二)制作
四、展示交流
对你所制作的微型密度计加以改进和完善,减小误差。学有余力的学生可以课后制作能测量液体密度的密度计,制作完成后与同学们进行分享交流。
本次跨学科实践活动通过微型密度计的制作,来判断消毒酒精是否合格,体现了物理学科“从物理走向社会”的特点,学生在实践活动中估算密度计的质量和标度杆的直径,加深对浮沉条件的理解和应用,并培养他们的观察能力和实践操作能力。活动设计注重学生的主动参与的探究,通过观察、记录、计算和分析,培养学生的科学思维和实践能力。同时实践活动中还引导学生进行正确的实践操作,并及时纠正他们的错误,帮助学生克服实践活动中可能遇到的困难。实验结束后与学生一起总结和讨论实践结果,引导学生思考实践操作中的误差和改进方法,加深对物理原理的理解和应用。
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第4节 跨学科实践:制作微型密度计
【实践应用】
1.如图所示,用同一支密度计分别测量甲、乙两种液体的密度,下列说法正确的是( )
A.密度计在乙液体中所受的浮力大
B.乙液体的密度大于甲液体的密度
C.密度计上的刻度值上大下小
D.密度计在甲、乙两种液体中所受的浮力相等
D
2.(2024黔东南期末)两同学分别在底端封闭的两支相同吸管中装入不同质量的细沙,制成了A、B两支密度计,放入同一个盛有水的烧杯中静止后如图所示,下列说法正确的是( )
A.密度计A所受浮力较大
B.密度计B所受重力较小
C.两密度计底部所受水的压强相等
D.两密度计在水面处的刻度值相同
D
3.小柯在一根一端密封的空心玻璃管下端绕上一段细铁丝,制成一支自制密度计,用它来测量液体密度,测量过程中杯内液体总量没有变化。
(1)当密度计在杯中漂浮时,液面高度在A处(如图甲),此时,密度计受到的浮力 (选填“<”“=”或“>”)重力。
=
(2)使用中,小柯发现细铁丝很容易滑落,于是他改变这段细铁丝的形状,并把铁丝置于玻璃管内,再次测量同一杯液体密度(如图乙),杯中液面将 (选填“上升”“下降”或“仍在A处”)。
仍在A处
4.如图(甲)是小明用粗细均匀吸管制成的简易密度计,B端密封。竖直漂浮在水中时,水面位于图中A处,图中AB间距离为10 cm,则A处应标为
g/cm3,将该密度计漂浮在酒精中,所受的浮力 (选填“大于”“小于”或“等于”)在水中所受的浮力;小华用另一根长度相同且较细的吸管制作了等质量的密度计,如图(乙),直接将小明的刻度线和相应密度值标在自己制作的密度计上,若用小华的密度计来测量液体密度,测量值比真实值偏 。
1
等于
小
5.(2024大庆)密度计是根据“浮在液面上的物体所受浮力等于物体自重的原理”制作的。某学习小组在研究与密度有关的实验时,要自制一个简单的密度计。关于密度计及相关实验,请回答下列问题:
(1)如图甲,在一根一端封闭粗细均匀的玻璃管内放一些小铅粒使管能竖直浮于水中不动,设玻璃管的横截面积为S,管和管内铅粒总质量为m,水的密度为ρ,则玻璃管在水面以下的长度h1= (用S、m、ρ表示);在玻璃管与水面交接处画上刻线并标记上1.0,代表这个位置对应的液体密度为水的密度的1.0倍。
(2)将这个自制密度计放置于某未知液体中,管竖直漂浮不动时,如果标记1.0的刻线位于液面上方,距离管与液面交接处为h2(如图乙所示)。则该液体密度与水的密度的比值为 (用h1、h2表示);如果标记1.0的刻线位于液面下方,距离管与液面交接处为h3(题中未画出),则该液体密度与水的密度的比值为 (用h1、h3表示)。
(3)若用上述方法在玻璃管上依次标记 0.7、0.8、0.9、1.1、1.2、1.3……的刻线,分别代表液体密度与水的密度的比值,则数值小的刻线在 (选填“上边”或“下边”),刻线分布 (选填“均匀”或“不均匀”)。
上边
不均匀
