10.4 跨学科实践：制作微型密度计 教学课件(共38张PPT)初中物理人教版（2024）八年级下册

(共38张PPT)
第十章 浮力
第四节 跨学科实践：制作微型密度计
素养目标
1
新课讲解
3
课程导入
2
经典例题
4
总结归纳
5
课堂练习
6
目录
物理观念
1.理解密度计的工作原理
2.掌握制作微型密度计的实验操作
3.运用微型密度计测量液体的密度
科学思维
应用阿基米德原理及二力平衡的条件分析密度计的工作原理，设计微型密度计的结构和有关参数、培养项目设计能力，发展演绎推理、科学论证及创造性的科学思维
素养目标
科学探究
通过对微型密度计的动手制作、测试与调整过程，培养学生敢于动手、乐于创造、发现问题、解决问题的能力
科学态度与责任
通过亲身实践操作体验创造和成功的快乐；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
素养目标
课程导入
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，是一种初步判断酒精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，测量时只需把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
足够小，能够较为精准地检测酒精的密度
观看视频
我们发现视频中两支完全相同的密度计分别放在纯净水和盐水中，两支密度计浮在水面上方的高度不同。
想一想，讨论一下，这是为什么？这对我们制作密度计有什么帮助？
温故知新
F浮 ＞ G
G = m物g = ρ物V物g
F浮 = G排 = m排g = ρ液V排g
ρ液V排g ＞ ρ物V物g
ρ液 ＞ ρ物
物体浸没 V排 = V物
浸没在液体中的物体，如果它的密度小于液体的密度，物体上浮
F浮
G
上浮
F浮 = G排 = m排g = ρ液V排g = ρ液S底gh
基于阿基米德原理
同一的密度计（底面积一定且密度计竖直浮在水面上）所受浮力大小与液体密度及浸没在液体中的高度有关
液体密度↑
液体密度↓
高度↓
高度↑
测量原理
密度计在密度小的液体中排开的液体多，密度计浸入液体的深度深；在密度大的液体中排开液体的体积小，密度计浸入液体的深度浅。我们标记出密度计在不同密度液体中液面的位置，比较液面与标记位置的高低，就能比较液体密度的大小了
密度小的液体中，浸入深
密度大的液体中，浸入浅
（1）如果在密度计的标杆上刻上刻度，就能粗略测出液体密度的大小。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。
（2）常用的100 mL酒精的瓶口直径大约是2 cm，高度不超过10 cm，所以密度计浸入酒精内的深度不宜超过8 cm，浮子的直径不要超过2 cm。
项目实施
设计
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。这就是一个最简单的密度计。
（1）基本思路
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？
直径太大
触碰瓶底
位置变化很小
密度计所受浮力的大小等于它所受的重力，浮力的大小决定了排开酒精的体积。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：一个是密度计的质量，另一个是标度杆的直径。
F浮
G
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。1~2 mL酒精的质量为1 g左右，因此我们设计的微型密度计的质量也应为1 g左右。
估算标度杆的直径
消毒酒精的密度为0.86×103~0.88×103 kg/m3
A
B
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
密度计漂浮在0.88×103 kg/m3的酒精中，液面位于标度杆的B位置
测量时液面位于A、B之间的酒精都是合格的
注意：A、B 间的长度过小，不便于观察者分辨。建议不少于4 mm
估算标度杆的直径
V圆柱体 = S横截面积h
根据圆柱体的体积公式，就可以计算标度杆的横截面积和直径了。通过估算，可以知道标度杆的横截面积约为0.07 cm2，直径约为3 mm。
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，配重位于最下方。
浮子
标度杆
配重
制作
制作的部件
奶制品饮料的塑料吸管
生活物品
说明
标度杆
浮子
配重
刻度线
其他
塑料小球
细铜丝
油性笔
蜡烛或橡皮
外直径3 mm，长度大于10 cm
或准备一袋超轻黏土，制作一个浮力小球，直径最好在1.2 cm ~ 1.8 cm之间
金属丝要使用比较细的，方便缠绕在密度计下方
最好用红色、笔尖细一些的
用蜡烛或橡皮来封闭吸管的一端
准备材料
制作步骤
（1）将吸管穿过塑料小球（或轻质黏土小球），让小球固定在距离吸管一端约2 cm处，该端为密度计的底端。为了确保密度计竖直，注意塑料吸管要从浮子小球的正中穿过。
（2）用打火机加热塑料吸管的底端，并捏合封闭（也可以使用熔化的蜡烛或橡皮来封闭）。
（3）在底端缠绕金属丝，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。
制作步骤
（4）标记液面位置
（5）将密度计放在溢水杯中，浸入至标记处，测量出密度计排开水的体积，该体积即为标准密度酒精中密度计排开酒精的体积V
（7）在标杆上标注好上限标记和下限标记，就可以用来测量不同密度的酒精是否合格。
（6）根据 ， ，计算出上、下标度线的长度。
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？
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。
同一支密度计先后放在甲、乙两种液体中，静止时所处的位置如图所示，以下说法正确的是( )
A.甲液体的密度较小
B.乙液体的密度较小
C.密度计在甲液体中受到的浮力小
D.密度计在乙液体中受到的浮力小
A
经典例题
答案A
解析：密度计在甲、乙液体中均处于漂浮状态， ，故密度计在两液体中所受浮力相等；由 得 ，在乙液体中密度计排开液体的体积小，所以甲液体的密度小于乙液体的密度。故选A。
物理兴趣小组的同学制作了一个简易密度计，分别放入盛有不同液体的两个烧杯中，静止时液面相平，如图所示，密度计在液体中受到的浮力 _______ ，液体对杯底的压强 _______ .（均选填“<”“=”或“>”）
=
经典例题
<
跨学科实践：
制作微型密度计
项目分析
项目实施
测量原理
设计
制作
展示交流
F浮 = G排 = m排g = ρ液V排g = ρ液S底gh
课堂练习
1.某同学将密度计先后插入放在水平桌面上盛有不同液体的甲、乙两个相同容器中。当密度计静止时，两容器中液面恰好相平，如图所示。下列说法正确的是( )
A.乙容器中液体密度大
B.乙容器底部受到的液体压强较小
C.乙容器中密度计受到的浮力较小
D.乙容器对水平桌面的压强较大
B
2.利用一根吸管制作一个简易密度计，下图中四种刻度的标示合理的是( )
A. B.
C. D.
C
3.小明在长20 cm均匀细木棒的一端缠绕适量钢丝制成一个简易密度计。如图所示，将其分别放入装有质量相等的水和某液体的两个相同烧杯中，静止时木棒在水中露出液面的长度为10.4 cm，在液体中露出液面的长度为8 cm，则该液体的密度是________ 。（忽略钢丝体积）
0.8×103
4.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________（选填“新”或“旧”）笔芯。将所选笔芯放入盐水中，它能________在盐水中，在笔芯上标出液面的位置A，将笔芯放入酒精中，仍可使用，标出液面的位置B，如图所示，已知实验中盐水的密度约 ，酒精的密度 ，若笔芯漂浮在水中，则液面对应的位置可能是_________（选填“C”“D”或“E”）。
旧
漂浮
E
4.答案：旧；漂浮；E
解析：新笔芯里面有较多的油墨，可能会沉底，而用了一半油墨的旧笔芯能悬浮在液体中。旧笔芯在盐水中和在酒精中都处于漂浮状态，受到的浮力等于自身重力，因此浮力相同。因为密度计刻度分布不是均匀的，液体的密度值越大，相邻刻度线之间的距离越小，所以当笔芯漂浮在水中时，液面对应的位置可能是E 处。
谢谢