10.4 跨学科实践：制作微型密度计---2024-2025学年人教2024版物理八年级下册教学同步课件(内嵌1个视频)(45页PPT))

(共31张PPT)
10.4 跨学科实践：制作微型密度计
第10章 浮力
人教版2024版物理八年级下册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
实践目标：通过制作微型密度计，让学生亲身体验物体浮沉条件在测量液体密度中的应用，加深对阿基米德原理的理解，培养学生的动手能力和跨学科知识运用能力。
材料准备：粗细均匀的塑料吸管（或玻璃管）、橡皮泥、剪刀、刻度尺、记号笔、水、盐水、酒精等不同密度的液体、透明容器。
制作步骤：
制作密度计主体：将塑料吸管一端用橡皮泥堵住，制成一个封闭端，确保密封性良好。这一端相当于密度计的配重部分，使密度计能竖直漂浮在液体中。
校准零刻度：将制作好的密度计放入清水中，使其漂浮。用记号笔在吸管与水面平齐的位置标记刻度，此刻度即为密度为

1.0g/cm
3
（水的密度）的刻度线，记为零刻度（以水的密度为参照基准）。
标注其他刻度：将密度计分别放入已知密度的盐水、酒精等液体中，依次在吸管与不同液体液面平齐的位置做好标记，并根据液体密度值标注对应的刻度。例如，盐水密度大于水，密度计在盐水中浸入的深度会比在水中浅，在相应位置标注盐水的密度值；酒精密度小于水，密度计在酒精中浸入的深度比在水中深，标注酒精的密度值。刻度标注时，可引导学生思考刻度之间的间距是否均匀，为什么不均匀，涉及到阿基米德原理

F
浮

=ρ
液

gV
排

，浮力不变（等于密度计重力）时，液体密度与排开液体体积成反比，所以刻度是不均匀的。
完善密度计：用刻度尺测量相邻刻度之间的距离，根据测量结果，在两个已知刻度之间均匀细分小刻度，使密度计刻度更加精确。可以让学生从数学角度思考如何根据已知刻度和液体密度关系进行刻度细分。
原理讲解：讲解微型密度计的工作原理，当密度计漂浮在液体中时，根据物体浮沉条件，此时浮力等于重力，即

F
浮

=G
。由阿基米德原理

F
浮

=ρ
液

gV
排

可知，液体密度不同，密度计排开液体的体积不同，液体密度越大，排开液体体积越小，密度计浸入液体的深度越浅；反之，液体密度越小，排开液体体积越大，密度计浸入液体的深度越深。通过密度计浸入液体的深度来反映液体密度大小，从而实现对液体密度的测量。
小组合作与问题解决：学生分组进行制作，在制作过程中鼓励学生相互协作，共同解决遇到的问题，如密度计无法竖直漂浮（可能是配重不均，需要调整橡皮泥的量）、刻度标注不准确（可能是读数误差或测量液体密度不准确，需要重新测量和校准）等。教师巡视指导，适时给予帮助和引导，同时引导学生从物理原理、数学计算、工艺制作等多方面思考和解决问题。
（四）改变物体浮沉状态的方法及物体浮沉条件的应用（10 分钟）
改变物体浮沉状态的方法
改变物体自身重力：以潜水艇为例，讲解潜水艇两侧有水舱，当向水舱中充水时，潜水艇自身重力增大，当重力大于浮力时，潜水艇下沉；当从水舱中向外排水时，潜水艇自身重力减小，当重力小于浮力时，潜水艇上浮；当潜水艇的重力等于浮力时，潜水艇可以悬浮在水中任何深度。让学生理解通过改变物体自身重力可以改变物体的浮沉状态。
改变物体排开液体或气体的体积：以气球和飞艇为例，气球和飞艇内充有密度小于空气的气体，通过改变气囊中气体的量来改变气球或飞艇的体积。当气囊体积增大时，排开空气的体积增大，根据阿基米德原理，浮力增大，当浮力大于重力时，气球或飞艇上升；当气囊体积减小时，浮力减小，当浮力小于重力时，气球或飞艇下降。让学生明白改变物体排开液体或气体的体积也能改变物体的浮沉状态。
物体浮沉条件的应用
轮船：展示轮船的图片和模型，讲解轮船是采用空心的办法，增大排开水的体积，从而增大可以利用的浮力。虽然轮船是用钢铁制成，钢铁密度大于水的密度，但空心的轮船排开大量的水，根据阿基米德原理，

F
浮

=ρ
水

gV
排

，排开的水所受重力等于轮船自身重力，所以轮船能漂浮在水面上。介绍轮船的排水量，即轮船满载时排开水的质量，让学生理解排水量与轮船载重的关系。
潜水艇：再次强调潜水艇通过改变自身重力实现浮沉的原理，展示潜水艇在水中上浮、下沉、悬浮的动画或视频，让学生更直观地理解潜水艇的工作过程。
气球和飞艇：进一步解释气球和飞艇利用空气浮力上升和下降的原理，以及在实际生活中的应用，如气象探测气球用于收集气象数据，飞艇可用于广告宣传、观光旅游等。
（五）课堂小结（5 分钟）
与学生一起回顾本节课所学内容，包括物体的浮沉条件（从力和密度两个角度）、改变物体浮沉状态的方法、物体浮沉条件在轮船、潜水艇、气球和飞艇等方面的应用，重点回顾制作微型密度计的过程及原理。
强调理解物体浮沉条件对于解释生活中众多浮力相关现象的重要性，鼓励学生在日常生活中多观察、多思考，发现更多与物体浮沉有关的物理现象，同时鼓励学生将跨学科实践中的思考方式运用到今后的学习中。
（六）课堂练习（5 分钟）
给出一些关于物体浮沉条件概念理解的选择题和填空题，考查学生对浮沉条件的掌握情况。
设计一些与微型密度计制作和原理相关的题目，如分析密度计刻度不均匀的原因、如何提高密度计测量精度、根据密度计刻度计算液体密度等，考查学生对实践内容的理解和应用能力。
（七）布置作业（5 分钟）
完成教材课后练习题中与物体浮沉条件及应用相关的题目。
观察生活中更多利用物体浮沉条件的实例，选择一个实例详细分析其工作原理，并以小论文的形式写出来，下节课与同学们分享。
对自己制作的微型密度计进行改进，尝试扩大测量范围或提高测量精度，记录改进过程和效果。
五、教学反思
在教学过程中，要注重通过实验和实例帮助学生理解物体的浮沉条件及应用。对于浮沉条件的推导，要逐步引导学生进行受力分析和运用阿基米德原理，让学生理解其物理本质。制作微型密度计的跨学科实践环节，能极大提升学生的兴趣和动手能力，但可能会遇到各种实际问题，教师需做好充分指导。在讲解应用实例时，可结合多媒体资源，让学生更直观地感受物体浮沉条件在实际中的应用。关注学生在练习中的反馈，及时解答学生疑问，根据学生的理解情况调整教学策略，以提高教学效果。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
物理观念
通过简易密度计的设计和制作，让学生学会应用二力平衡和浮力等知识进行技术设计的思想和方法。
科学思维
1.通过简易密度计的设计、制作，培养学生敢于动手、乐于创新、发现问题和解决问题的能力。
2.通过实践促进学生的思考和探索，培养他们的批判性思维和创新能力。将物理知识应用到实际生活中，解决实际问题。
科学态度与责任
通过交流和展示，提高语言表达和自我评价及相互评价的能力。
重点
难点
观察两个相同的、装有适量细沙的易拉罐在水中和盐水中漂浮的现象，思考现象形成的原因。
我们发现鸡蛋在浓盐水中能漂浮，而且盐水的密度越大鸡蛋漂浮时排开液体的体积越小。由此我们可以推测，对于同一物体来说，它漂浮时排开液体的体积是由液体的密度决定的。因此，人们制成了利用物体的漂浮条件来测量液体密度的仪器——密度计。
观看轮船的吃水线图片，请学生思考为什么同一艘轮船在不同的海域，吃水线的位置不同
课堂教学展示
进行新课
项目提出
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，可以初步判断酒精是否合格。
常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。
设计制作一个微型密度计放入小瓶中，就能方便、快速地判断酒精是否合格。
项目分析
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。
项目实施
1.设计
（1）基本思路
简易密度计：
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。
想一想，自制的密度计放入盛酒精的小瓶后就能准确测出酒精的的密度吗？可能会出现哪些问题？
可能会触碰瓶底；
可能会使酒精溢出；
可能吸管因直径太大，造成液面在吸管上的位置变化很小，影响判断。
①密度计的质量
密度计所受的浮力等于它所受的重力，根据公式G=mg可知，密度计的质量决定密度计所受的浮力，浮力的大小决定排开酒精的体积。
设计符合要求的密度计应该考虑哪些因素？
②标度杆的直径
吸管的直径影响了液面在吸管上位置的变化。
（2）估算密度计的质量
对于100mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开的1~2mL的酒精，一般不会导致酒精的溢出。
酒精的密度ρ=0.87×103kg/m3
1~2mL酒精的质量为1g左右，即微型密度计的质量也应为1g左右。
（3）估算标度杆的直径
合格酒精的密度范围：0.86~0.88×103kg/m3
A
B
若密度计漂浮在密度为0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于标杆的A位置；
若密度计漂浮在密度为0.88×103kg/m3的酒精中，液面位于标杆的B位置；
液面位于A、B之间的酒精都是合格的
为了便于观察，A、B间的长度不少于4mm。
A
B
圆柱的体积 V=πr2h
标度杆的横截面积约为0.07cm2
标度杆的直径约为3mm
S=πr2
（4）设计微型密度计的结构
标度杆——标注对应液体的密度值
浮子——增大浮力，使密度计能漂浮在各种液体中
配重——降低密度计的重心，使密度计竖直漂浮在液体中
2.制作
（1）选择材料
浮子
密度小的泡沫塑料球；或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3mm 的细塑料管，或做棉签的实心塑料杆，或细的圆珠笔芯等。
配重
铜丝或铁丝，改变铜丝或铁丝的长度可以改变配重。
（2）制成作品
取长约8cm、直径约3mm 的实心塑料杆作为标度杆，将直径约 1.2cm 的泡沫塑料球套在标度杆中部作为浮子，下端绕有铜丝作为配重。
调节配重，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。将调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中，依据液面位置在标度杆上做一个记号。最后用4mm宽的彩色胶布中心对着记号贴在塑料杆上。
展示交流
1.利用自制的微型密度计测量液体的密度，并和液体密度的真实值比较。
2.讨论自制的微型密度计测量误差产生的原因。
1.小明利用电子秤、烧杯、细线、实心铝块测量洗手液的密度(铝的密度为2.7 g/cm3,g取10 N/kg)。
①在烧杯中倒入适量的洗手液放置在电子秤上,如图甲所示。
②将系好细线的铝块缓缓浸没到洗手液中保持静止,洗手液未溢出,如图乙所示。
③将铝块缓慢沉底后松开细线,如图丙所示。

类型1 缺量筒
4
3
2
1
5
6
7
8
9
10
(1)在图甲中画出烧杯及液体总重力的示意图。
(2)图乙、丙中烧杯对秤盘的压强分别为p乙'、p丙',则p乙'　　　 p丙'。
(3)图甲、乙中洗手液对烧杯底的压强分别为p甲、 p乙,则p甲　　　 p乙。
(4)图乙中铝块受到的浮力为　　　　N。洗手液的密度为
　　　　g/cm3。
<
<
0.27
0.9
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2.测泡沫球的密度时,采用如图所示的圆柱形容器、细针和电子秤进行测量,其操作顺序以及示数如图中甲、乙、丙所示。
(1)小李分析电子秤的数据,通过计算后可知,泡沫球的质量为　 　　g,密度为　 　　g/cm3。
(2)同桌小王认为,小李的实验操作乙至丙过程中,泡沫球上浮至漂浮时沾水,导致密度测量结果偏大,该说法是　　　　(选填“正确”或“错误”)的。
5
0.25
错误
4
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3.受“曹冲称象”(如图1所示)的启发,小明在家利用量筒、碗、水盆和足量的水(密度为ρ水)、油性笔等,测量小玻璃珠的密度,如图2所示,实验步骤如下(请将步骤④补充完整)。
类型2 缺天平
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①如图甲所示,取一定数量的小玻璃珠放入空碗中,再把碗放入盛有水的水盆中,用油性笔在碗外壁上标记水面的位置。
②如图乙所示,往量筒内倒入适量的水,记下量筒中水的体积V1。
③如图丙所示,取出碗中所有的小玻璃珠并放入量筒中,记下小玻璃珠和水的总体积V2。
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④如图丁所示,将量筒中的水慢慢倒入水盆中的空碗内,直到标记处与碗外水面　　　　,记下量筒中小玻璃珠和剩余水的总体积V3,完成下列填空(选用V1、V2、V3和ρ水表示以下物理量):
(1)小玻璃珠的总体积为V=　　　　。
(2)小玻璃珠的总质量为m=　 　　　。
(3)小玻璃珠密度的表达式为ρ=　 　　　。
(4)在不改变实验方法的前提下,请提出一条提高测量精度的措施:　　　　　　　　　 　　　　。
相平
测量水的体积时，视线要以凹液面为准
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4.小明想测量某种液体的密度,由于缺少天平,设计了如下实验:
(1)在量筒内盛适量的水,记下此时量筒内水面到达的刻度为V1,如图甲所示。
(2)将一密度较小的物体放在盛水的量筒中,记下此时量筒内水面到达的刻度为V2,如图乙所示。
(3)在另一量筒内盛适量待测液体,记下此时量筒内液面到达的刻度为V3,如图丙所示。
(4)将该物体从水中拿出,擦干后放入装有待测液体的量筒中,记下此时量筒内液面到达的刻度为V4,如图丁所示。
(5)液体密度的表达式ρ液=　　　　。(水的密度用ρ水表示)
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5.小霞利用刻度尺、圆柱形容器、有配重的薄壁长烧杯和适量的水测金属块的密度,她设计的实验步骤如下(已知S容∶S烧杯=2∶1,g取10 N/kg):
类型3 双缺型
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(1)首先向底面积为S容的圆柱形容器中装入适量的水,将一只装有配重的底面积为S烧杯的薄壁长烧杯放入圆柱形容器的水中,烧杯静止时容器中水的深度H1为20 cm,如图甲所示,则此时水对容器底部的压强为
　　　　Pa。
(2)将金属块吊在烧杯底部,烧杯静止时露出水面的高度h1为5 cm,容器中水的深度H2为35 cm,如图乙所示,则金属块的质量为
　　　 　(用已知物理量符号表示,水的密度为ρ水)。
(3)将金属块放在烧杯中,烧杯静止时露出水面的高度h2为1 cm,如图丙所示,则金属块的密度为　　　　kg/m3。
2000
7.5×103
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1.从课后习题中选取；
2.完成练习册本课时的习题。
课后反馈总结
布置作业
谢谢观看！