人教版 初中物理 八年级下册 第十章 浮力 10.4 跨学科实践：制作微型密度计 学案
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| 名称 | 人教版 初中物理 八年级下册 第十章 浮力 10.4 跨学科实践：制作微型密度计 学案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2025-03-31 21:33:02 | ||
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文档简介
/ 让教学更有效 精品学案 | 物理学科
【学习目标】
1．设计一个能放人小瓶中，并能用来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。
【自主学习】
一、项目分析
制作一个微型密度计，需要完成以下任务。
1．能放入100mL的小瓶中测量；
2．能检测酒精的密度是否合格。合格范围：0.86×103~0.88×103kg/m3
3．按照设计要求，完成微型密度计的制作。
二、项目实施
1. 设计
（1）设计思路
如图所示，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水面上。这就是一个最简单的密度计。
自制密度计放入盛酒精的小瓶后，可能会触碰瓶底，还可能会使酒精溢出。另外，它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。怎样解决这两个问题呢？
密度计所受浮力的大小等于它所受的 ，浮力的大小决定了排开酒精的 。
吸管的直径影响了液面在吸管上位置的变化。看来，要设计符合要求的密度计，应该着重考虑两个因素：一个是密度计的 ，另一个是标度杆的 。
（2）估算密度计的质量
对于100 mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开1~2 mL的酒精，一般不会导致酒精溢出。计算1~2 mL酒精的质量（取1mL）可以取1g。
根据物体的漂浮条件可知，我们设计的微型密度计的质量也应为 g左右。
（3）估算标度杆的直径
可认为消毒酒精的密度为0.86×103~0.88×103kg/m3是合格的。如图所示，若密度计漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于标度杆的A位置；漂浮在0.88×103kg/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4mm。
（4）设计微型密度计的结构
为了使微型密度计能在酒精中竖直漂浮，需要在标度杆下部增加配重（如缠上一些铜丝），但增加了配重的标度杆放在酒精中会下沉，因此还要在标度杆上固定一个浮子来增大浮力。
这样，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成，配重位于 。
2. 制作
选择材料
浮子：可以用小泡沫塑料球作为浮子，也可以截一段稍粗点的塑料管，将其两头封口作为浮子。
标度杆 ：直径约为3 mm的细塑料管、做棉签的实心塑料杆 以及细的圆珠笔芯等，都可以用来做标度杆。
配重：可以在实心塑料杆下端缠上若干圈铜丝，或者在空心的细塑料管下端插入一段粗铁丝作为配重。改变铜丝或铁丝的长度就可以调节配重。
三、项目实施
装器材：用制作棉签的实心塑料杆（直径约为3 mm）作为标度杆，塑料杆中部套一个直径约1.2 cm的泡沫塑料球作为浮子，下端绕有铜丝作为配重，初步做成一个微型密度计。
调配重：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。
标刻度：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塑料杆上，微型密度计就做好了。
【例1】自制的简易密度计如图所示，它是在木棒的一端缠绕铜丝做成的，将其放入不同的液体中，会呈竖直漂浮状态。下列说法错误的是（ ）
A．密度计漂浮在水面上静止时，水对密度计的浮力等于它的重力
B．密度计漂浮在水面上静止时，把露出的部分剪去，剩余的部分在水面下静止不动
C．密度计浸入液体的体积越大，说明该液体的密度越小
D．木棒越粗，测量误差越大
密度计的特点是刻度不均匀，上疏下密，上小下大，而且分度值越小越准确；深度越深，相邻两密度值的间距越由题图可知，密度计②所处的深度最深，相邻两密度值的间距最大，测量值最准确。
【例2】小明用一根圆柱状饮料吸管、一段细铁丝、石蜡和水等制作了一个简易密度计。调节吸管内配重使吸管成功在水中处于竖直漂浮状态（图甲），接下来他们用笔在吸管与水面接触处做标记，量出该处到吸管底部的距离。
（1）标记处的密度值应该为 。
（2）吸管漂浮在其他液体中时（图乙），液面下方的深度，则 。
（3）小明又将制作好的密度计内铁丝从吸管上端倒出，缠绕到底部外侧，其他没有变化（图丙），他用这样“改装”后的密度计测同一液体密度，测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【例3】小亮通过如图的步骤进行了“浮力的大小可能与哪些因素有关”的实验。
（1）对A、C、D三图中的实验现象和数据进行分析，得出结论：物块浸没后，浮力的大小与深度 （填“有关”或“无关”） ；
（2）分析D、E两图中的实验现象和数据，可得出结论：物块受到的浮力大小还与液体的 有关；
（3）根据图中的数据，物块的重力是 N，物块的密度为 kg/m3，如考虑物体具有吸水性，则计算的结果比物块的真实密度偏 （填“小”或“大”）；
（4）如图F是小亮利用不同的粗细均匀吸管制成的密度计竖直漂浮在水中时的情形，其中密度计 （选填“①”“②”或“③”）在测量其他液体密度时结果更精确。
【课后巩固】
1．如图是用同一支密度计测量甲、乙两种液体密度时的情景，相同的两烧杯中液面相平，下列说法正确的是（ ）
A．密度计上的刻度值上大下小
B．甲液体的密度比乙液体的密度大
C．甲图密度计受到的浮力比乙大
D．甲液体的密度比乙液体的密度小
2．如图所示，是木棒的一端缠绕一些铜丝做成的密度计放入盛有甲、乙两种不同液体的两个烧杯中静止后的情形，下列说法正确的是（ ）
A．甲液体的密度大
B．密度计在乙液体中受到的浮力大
C．密度计在两种液体中排开液体体积一样大
D．木棒的一端缠绕一些铜丝，可以让密度计竖立在液体中
3．国庆假期、学校展开自制科学仪器的科学竞赛，小明在学习完浮力后在家自制密度计，并在家完成了水的密度的标注。
（1）在校内科学老师指导下，小明将密度计放在食用油中进行标刻，则你认为食用油的刻度应该标在 （填“p点”或“q点”）；
（2）如图乙所示，小明将密度计放在食用油中后发现密度计沉底，请你帮助小明，如何操作能让密度计正常使用： （写出一种方法即可）；
（3）小明对它能测的最小密度起了兴趣，已知小明的密度计近似是一个圆柱体，用刻度尺量出标注水的密度距密度计底端长度为L1，整根密度计长度为L2，试用已知物理量推理出该自制密度计可以标刻的最小密度值为 （水的密度用表示）。
4．某兴趣小组制作了一个微型密度计，在圆木棒的一端缠绕一些铜丝，将其放入不同的液体中，它会竖直立在液体中，已知圆木棒的横截面积为。
（1）小组同学用天平测出了密度计的质量为10g，将密度计放入水中并处于漂浮状态，如图甲所示，在木棒上用记号笔标出水面的位置，这就是水的密度刻度“”，此时密度计受到的浮力为 N，它在水面以下的体积为 ；
（2）假设该密度计漂浮于密度为的某液体中，密度计在该液体液面以下的体积为 ，在距离“”刻度线 cm的位置标刻“”的刻度线；
（3）用同样的方法可以标刻其他刻度，如图乙所示，微型密度计的刻度（单位：）标刻正确的是 （填标号）。
5．同学们观看奋斗者号潜水器入水过程，思考物体所受浮力的大小跟哪些因素有关，于是进行了如下探究：
（1）使用弹簧测力计设计了实验过程，该实验测量浮力大小是利用了_________；（填字母）
A．浮力与重力是一对平衡力；
B．浮力与拉力是一对相互作用力；
C．拉力与浮力之和等于重力；
（2）由A、B、C三图可知，浮力大小与 有关，由图 可知，浮力大小与深度无关；
（3）实验中，同学们发现如果将同一个物体浸没在密度越大的液体中时，弹簧测力计的示数越 ，实验中改变液体的密度时，物块受到的浮力变化不够明显，可以 ；
（4）如图F所示，结束实验后，小明将重为5N的圆柱体M浸入到密度为1.6g/cm3的液体中，调整浸入的深度后使弹簧测力计的示数为3N，则此时圆柱体M（底面积为25cm2）浸入液体中的深度为 cm。小明在圆柱体M上沿着液面画上标记，并记录为1.6g/cm3。再将圆柱体M浸入不同液体中，重复上述操作，使弹簧测力计的示数为3N，该密度计的1g/cm3刻度在1.6g/cm3的 方，该密度计的刻度是 （选填“均匀”或“不均匀”）。
1．某同学将粗细均匀的吸管一端密封，在吸管内装上适量的铁砂，并在吸管上标上刻度线及相应的密度值，制成了简易密度计，如图所示。密度计上有密度值为和的两条刻度线（），两刻度线之间的距离为，该同学发现很小。若想增大，分析说明应增加还是减少吸管内铁砂的质量。
2．学完“压强和浮力”知识后，小赵同学进行了如下实验，将一体积为50cm3的物块缓慢匀速浸没到液体中，测力计示数如图甲的如图、如图所示；
（1）由图示可知，物块浸没在液体中时受到的浮力为 N．通过计算可知该物体的密度为 g/cm3；
（2）小赵同学根据实验过程分别画了测力计拉力、浮力、容器底部所受液体压力以及容器对桌面的压力与物体浸入深度h的图象，其中表示器底部所受液体压力与物体浸入液体深度的关系图象是 ；
（3）通过交流，班上的小华同学突发奇想，如果在测力计1N的位置标出刚才水的密度值，就可以把测力计改装成一个密度秤．该密度秤的零刻度应标在 N处，所能测量的密度的最大值为 kg/m3。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
自主学习
二、项目实施：重力 体积 质量 直径 1 最下方
【例1】B
【例2】（1）1 ；（2）1.2 ；（3）偏大
【例3】（1）无关；（2）密度；（3）4 大；（4）②
课后巩固
基础练习
1. D
2. D
3. （1）p点；（2）加油或者换用更细长的容器；（3）
4. （1） 0.1 10 ；（2）12.5 5；（3） B
5. （1）C；（2）物体排开液体的体积 A、C、D；（3）小 增大物体的体积；（4）5 上 不均匀
能力提升
1. 密度计在使用时处于漂浮状态，由物体浮沉条件可知，密度计受到的浮力等于总重力，即，即
，则：，，因，则：
若增大，则应增大G总或减小S，因此应增大吸管内铁砂的质量，从而增大总重力。
2. 0.5 3 C 1.5 3×103
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【学习目标】
1．设计一个能放人小瓶中，并能用来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。
【自主学习】
一、项目分析
制作一个微型密度计，需要完成以下任务。
1．能放入100mL的小瓶中测量；
2．能检测酒精的密度是否合格。合格范围：0.86×103~0.88×103kg/m3
3．按照设计要求，完成微型密度计的制作。
二、项目实施
1. 设计
（1）设计思路
如图所示，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水面上。这就是一个最简单的密度计。
自制密度计放入盛酒精的小瓶后，可能会触碰瓶底，还可能会使酒精溢出。另外，它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。怎样解决这两个问题呢？
密度计所受浮力的大小等于它所受的 ，浮力的大小决定了排开酒精的 。
吸管的直径影响了液面在吸管上位置的变化。看来，要设计符合要求的密度计，应该着重考虑两个因素：一个是密度计的 ，另一个是标度杆的 。
（2）估算密度计的质量
对于100 mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开1~2 mL的酒精，一般不会导致酒精溢出。计算1~2 mL酒精的质量（取1mL）可以取1g。
根据物体的漂浮条件可知，我们设计的微型密度计的质量也应为 g左右。
（3）估算标度杆的直径
可认为消毒酒精的密度为0.86×103~0.88×103kg/m3是合格的。如图所示，若密度计漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于标度杆的A位置；漂浮在0.88×103kg/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4mm。
（4）设计微型密度计的结构
为了使微型密度计能在酒精中竖直漂浮，需要在标度杆下部增加配重（如缠上一些铜丝），但增加了配重的标度杆放在酒精中会下沉，因此还要在标度杆上固定一个浮子来增大浮力。
这样，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成，配重位于 。
2. 制作
选择材料
浮子：可以用小泡沫塑料球作为浮子，也可以截一段稍粗点的塑料管，将其两头封口作为浮子。
标度杆 ：直径约为3 mm的细塑料管、做棉签的实心塑料杆 以及细的圆珠笔芯等，都可以用来做标度杆。
配重：可以在实心塑料杆下端缠上若干圈铜丝，或者在空心的细塑料管下端插入一段粗铁丝作为配重。改变铜丝或铁丝的长度就可以调节配重。
三、项目实施
装器材：用制作棉签的实心塑料杆（直径约为3 mm）作为标度杆，塑料杆中部套一个直径约1.2 cm的泡沫塑料球作为浮子，下端绕有铜丝作为配重，初步做成一个微型密度计。
调配重：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。
标刻度：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塑料杆上，微型密度计就做好了。
【例1】自制的简易密度计如图所示，它是在木棒的一端缠绕铜丝做成的，将其放入不同的液体中，会呈竖直漂浮状态。下列说法错误的是（ ）
A．密度计漂浮在水面上静止时，水对密度计的浮力等于它的重力
B．密度计漂浮在水面上静止时，把露出的部分剪去，剩余的部分在水面下静止不动
C．密度计浸入液体的体积越大，说明该液体的密度越小
D．木棒越粗，测量误差越大
密度计的特点是刻度不均匀，上疏下密，上小下大，而且分度值越小越准确；深度越深，相邻两密度值的间距越由题图可知，密度计②所处的深度最深，相邻两密度值的间距最大，测量值最准确。
【例2】小明用一根圆柱状饮料吸管、一段细铁丝、石蜡和水等制作了一个简易密度计。调节吸管内配重使吸管成功在水中处于竖直漂浮状态（图甲），接下来他们用笔在吸管与水面接触处做标记，量出该处到吸管底部的距离。
（1）标记处的密度值应该为 。
（2）吸管漂浮在其他液体中时（图乙），液面下方的深度，则 。
（3）小明又将制作好的密度计内铁丝从吸管上端倒出，缠绕到底部外侧，其他没有变化（图丙），他用这样“改装”后的密度计测同一液体密度，测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。
【例3】小亮通过如图的步骤进行了“浮力的大小可能与哪些因素有关”的实验。
（1）对A、C、D三图中的实验现象和数据进行分析，得出结论：物块浸没后，浮力的大小与深度 （填“有关”或“无关”） ；
（2）分析D、E两图中的实验现象和数据，可得出结论：物块受到的浮力大小还与液体的 有关；
（3）根据图中的数据，物块的重力是 N，物块的密度为 kg/m3，如考虑物体具有吸水性，则计算的结果比物块的真实密度偏 （填“小”或“大”）；
（4）如图F是小亮利用不同的粗细均匀吸管制成的密度计竖直漂浮在水中时的情形，其中密度计 （选填“①”“②”或“③”）在测量其他液体密度时结果更精确。
【课后巩固】
1．如图是用同一支密度计测量甲、乙两种液体密度时的情景，相同的两烧杯中液面相平，下列说法正确的是（ ）
A．密度计上的刻度值上大下小
B．甲液体的密度比乙液体的密度大
C．甲图密度计受到的浮力比乙大
D．甲液体的密度比乙液体的密度小
2．如图所示，是木棒的一端缠绕一些铜丝做成的密度计放入盛有甲、乙两种不同液体的两个烧杯中静止后的情形，下列说法正确的是（ ）
A．甲液体的密度大
B．密度计在乙液体中受到的浮力大
C．密度计在两种液体中排开液体体积一样大
D．木棒的一端缠绕一些铜丝，可以让密度计竖立在液体中
3．国庆假期、学校展开自制科学仪器的科学竞赛，小明在学习完浮力后在家自制密度计，并在家完成了水的密度的标注。
（1）在校内科学老师指导下，小明将密度计放在食用油中进行标刻，则你认为食用油的刻度应该标在 （填“p点”或“q点”）；
（2）如图乙所示，小明将密度计放在食用油中后发现密度计沉底，请你帮助小明，如何操作能让密度计正常使用： （写出一种方法即可）；
（3）小明对它能测的最小密度起了兴趣，已知小明的密度计近似是一个圆柱体，用刻度尺量出标注水的密度距密度计底端长度为L1，整根密度计长度为L2，试用已知物理量推理出该自制密度计可以标刻的最小密度值为 （水的密度用表示）。
4．某兴趣小组制作了一个微型密度计，在圆木棒的一端缠绕一些铜丝，将其放入不同的液体中，它会竖直立在液体中，已知圆木棒的横截面积为。
（1）小组同学用天平测出了密度计的质量为10g，将密度计放入水中并处于漂浮状态，如图甲所示，在木棒上用记号笔标出水面的位置，这就是水的密度刻度“”，此时密度计受到的浮力为 N，它在水面以下的体积为 ；
（2）假设该密度计漂浮于密度为的某液体中，密度计在该液体液面以下的体积为 ，在距离“”刻度线 cm的位置标刻“”的刻度线；
（3）用同样的方法可以标刻其他刻度，如图乙所示，微型密度计的刻度（单位：）标刻正确的是 （填标号）。
5．同学们观看奋斗者号潜水器入水过程，思考物体所受浮力的大小跟哪些因素有关，于是进行了如下探究：
（1）使用弹簧测力计设计了实验过程，该实验测量浮力大小是利用了_________；（填字母）
A．浮力与重力是一对平衡力；
B．浮力与拉力是一对相互作用力；
C．拉力与浮力之和等于重力；
（2）由A、B、C三图可知，浮力大小与 有关，由图 可知，浮力大小与深度无关；
（3）实验中，同学们发现如果将同一个物体浸没在密度越大的液体中时，弹簧测力计的示数越 ，实验中改变液体的密度时，物块受到的浮力变化不够明显，可以 ；
（4）如图F所示，结束实验后，小明将重为5N的圆柱体M浸入到密度为1.6g/cm3的液体中，调整浸入的深度后使弹簧测力计的示数为3N，则此时圆柱体M（底面积为25cm2）浸入液体中的深度为 cm。小明在圆柱体M上沿着液面画上标记，并记录为1.6g/cm3。再将圆柱体M浸入不同液体中，重复上述操作，使弹簧测力计的示数为3N，该密度计的1g/cm3刻度在1.6g/cm3的 方，该密度计的刻度是 （选填“均匀”或“不均匀”）。
1．某同学将粗细均匀的吸管一端密封，在吸管内装上适量的铁砂，并在吸管上标上刻度线及相应的密度值，制成了简易密度计，如图所示。密度计上有密度值为和的两条刻度线（），两刻度线之间的距离为，该同学发现很小。若想增大，分析说明应增加还是减少吸管内铁砂的质量。
2．学完“压强和浮力”知识后，小赵同学进行了如下实验，将一体积为50cm3的物块缓慢匀速浸没到液体中，测力计示数如图甲的如图、如图所示；
（1）由图示可知，物块浸没在液体中时受到的浮力为 N．通过计算可知该物体的密度为 g/cm3；
（2）小赵同学根据实验过程分别画了测力计拉力、浮力、容器底部所受液体压力以及容器对桌面的压力与物体浸入深度h的图象，其中表示器底部所受液体压力与物体浸入液体深度的关系图象是 ；
（3）通过交流，班上的小华同学突发奇想，如果在测力计1N的位置标出刚才水的密度值，就可以把测力计改装成一个密度秤．该密度秤的零刻度应标在 N处，所能测量的密度的最大值为 kg/m3。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。试卷第1页，共3页
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【参考答案】
自主学习
二、项目实施：重力 体积 质量 直径 1 最下方
【例1】B
【例2】（1）1 ；（2）1.2 ；（3）偏大
【例3】（1）无关；（2）密度；（3）4 大；（4）②
课后巩固
基础练习
1. D
2. D
3. （1）p点；（2）加油或者换用更细长的容器；（3）
4. （1） 0.1 10 ；（2）12.5 5；（3） B
5. （1）C；（2）物体排开液体的体积 A、C、D；（3）小 增大物体的体积；（4）5 上 不均匀
能力提升
1. 密度计在使用时处于漂浮状态，由物体浮沉条件可知，密度计受到的浮力等于总重力，即，即
，则：，，因，则：
若增大，则应增大G总或减小S，因此应增大吸管内铁砂的质量，从而增大总重力。
2. 0.5 3 C 1.5 3×103
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