9.4跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（教案）--人教版八年级物理下册同步（新教材）

第4节　跨学科实践：制作简易活塞式抽水机
1.物理观念：
（1）知道简易活塞式抽水机的主要结构和各部分的功能，理解活塞式抽水机的工作原理。
（2）了解大气压的应用，能够解决日常生活中与大气压现象有关的问题。
2.科学思维：
（1）设计制作方案时，能综合考虑材料特性、结构稳定性等因素，提升思维的系统性和决策的优化能力。
（2）测试改进阶段，能根据抽水效果分析问题原因，并提出针对性改进方案，发展问题解决能力。
3.科学探究：在制作简易活塞式抽水机的活动中，能够发现问题并提出设想，设计简单的实践方案，完成实践活动，并以作品形式呈现活动成果，提高工程实践能力。
4.科学态度与责任：经历简易活塞式抽水机的制作过程，提升合作学习的能力，体会知识的应用价值，增强团队协作精神，培养勇于探索的科学精神。
1.教学重点：活塞式抽水机的工作原理。简易活塞式抽水机的设计与制作。
2.教学难点：理解大气压在活塞式抽水机中的作用，解决制作过程中遇到的实际问题。
［展示］如图是农田灌溉中使用的活塞式抽水机实景图。
［提问］在农田里，农民伯伯用抽水机把低处的水抽到高处灌溉庄稼；在缺水地区，人们用活塞式抽水机从井里取水。大家有没有想过，这些抽水机是如何把水“抽”上来的？它们的内部结构有什么特点？今天我们就通过跨学科实践，亲手制作一台简易活塞式抽水机，揭开它的工作奥秘。
　任务一　了解活塞式抽水机的工作原理与结构
教师活动 学生活动
［过渡］要制作简易活塞式抽水机，首先得弄清楚它的工作原理和核心结构。我们之前学习过大气压强的应用，比如用吸管喝饮料是大气压把饮料压入嘴里，活塞式抽水机的吸水过程也与大气压有关。 ［提问］结合大气压强知识，大家猜想：抽水机要把水从低处抽到高处，需要解决什么关键问题？ ［追问］要实现“气压差”和“单向流水”，抽水机需要哪些核心结构？请大家阅读教材中“了解活塞式抽水机的工作原理”部分，结合示意图，总结核心结构及其功能，相互讨论后分享。 ［追问］我们通过动画演示活塞式抽水机的工作过程（分“活塞上提”和“活塞下压”两个阶段），请大家仔细观察，思考：两个阶段中，圆筒内气压如何变化？进水阀门和排水阀门的开闭状态如何？水的流动方向是怎样的？ ［追问］如果抽水机的进水阀门损坏（无法关闭），会出现什么现象？为什么？请结合工作原理分析。 ［追问］通过以上分析，我们可以总结活塞式抽水机的工作原理是什么？各结构之间的配合有什么关键要求？ ［小结］ 1.活塞式抽水机的工作原理是“利用气压差吸水、单向阀门控制水流”。 2.主要结构包括进水管、圆筒、活塞、进水阀门和排水阀门。 3.各结构需满足“灵活运动、单向导通、密封良好”的要求，才能实现正常抽水功能。 ［讨论回答］讨论后猜想：需要让抽水机内部（如缸体）的气压小于外界大气压，这样外界大气压才能把低处的水压入抽水机内部；同时需要设计结构，让水只能从低处进入、从高处排出，不能倒流。 ［阅读教材回答］阅读教材后总结：核心结构包括进水管、圆筒、活塞、进水阀门、排水阀门；功能：①进水管：连接低处水源，让水进入圆筒；②圆筒：容纳水的空间，活塞在圆筒内上下运动；③活塞：上下运动改变圆筒内气压；④进水阀门B：只允许水从进水管进入圆筒（防止水倒流回水源）；⑤排水阀门A：只允许水从圆筒排出（防止水倒流回圆筒下部）。 ［阅读教材、讨论回答］观看动画后讨论：①活塞上提阶段：圆筒内体积变大→气压变小（小于外界大气压）→外界大气压把水压入进水管→进水阀门打开、排水阀门关闭→水进入圆筒；②活塞下压阶段：圆筒内体积变小→气压变大（大于外界大气压）→圆筒内的水挤压进水阀门关闭、推开排水阀门→水从排水阀门排出；总结：通过活塞上下运动，利用气压差实现“吸水—排水”循环。 ［交流回答］分析现象：抽水机无法吸水或吸水很少；原因：活塞上提时，圆筒内气压变小，外界大气压把水压入进水管，但进水阀门无法关闭，水会从阀门倒流回水源，导致圆筒内无法储存水；活塞下压时，水也会从损坏的进水阀门倒流，无法从排水阀门排出。 ［回答］原理：利用活塞上下运动改变圆筒内气压，通过“圆筒内气压与外界大气压的差值”实现吸水和排水，同时依靠单向阀门控制水流方向；关键要求：①活塞能灵活上下运动，改变圆筒体积；②阀门具有单向导通性（进水阀门只进不出，排水阀门只出不进）；③各连接部位密封良好，防止漏气（否则无法形成有效气压差）。
　任务二　设计简易活塞式抽水机
教师活动 学生活动
［过渡］理解了原理和结构后，我们就要设计制作方案了。简易活塞式抽水机的材料要容易获取，结构要简单易操作，同时要保证基本的抽水功能。 ［提问］制作简易活塞式抽水机，需要为每个核心结构选择合适的材料。大家思考：圆筒、活塞、进水管、阀门分别可以用什么日常材料制作？ ［追问］制作活塞式抽水机，除了材料的选择，我们还需要考虑几个关键问题：如何保证圆筒和活塞的密封性？从哪儿进水，从哪儿出水？怎样制作两个阀门？ ［追问］我们以“洗涤液瓶（圆筒）、橡胶塞（活塞）、透明吸管（进水管）、小橡胶片（阀门）”为例，设计具体的制作步骤。请大家分组讨论，梳理从“材料处理”到“结构组装”的步骤。 ［小结］制作方案需明确核心是“密封性、单向导通性、灵活运动”三个关键要求，结合大气压强原理和材料特性，思考可能存在的问题，为后续动手制作做好准备。 ［思考材料特性后回答］①圆筒：空的洗涤液瓶、空塑料饮料瓶；②活塞：橡胶塞、瓶底；③进水管：透明吸管、细塑料软管；④阀门：小橡胶片、玻璃小球。 ［回答］1.选用装洗涤液的空瓶子作为圆筒，将塑料瓶底剪下，略减小作为活塞，配合橡胶和热熔胶以保证密封性。2.将瓶口作为进水口，在瓶子的侧壁上打一个出水口，插上一段塑料管作为出水管。3.在活塞上打一个孔，用橡皮膏把塑料片的一边粘在活塞上，作为一个阀门。把玻璃球放到瓶子里作为另一个阀门，如图。 ［讨论回答］分组讨论后梳理步骤：①圆筒处理；②进水管安装；③阀门制作与安装；④活塞制作。
　任务三　制作简易活塞式抽水机
教师活动 学生活动
［过渡］现在我们已经有了完整的制作方案，接下来进入动手制作环节。 ［材料］一个空瓶子，一根筷子，一个橡胶塞，一块塑料（或橡胶）片，一个玻璃球，一块橡皮膏，一根塑料管。 ［工具］记号笔、剪刀、小刀、热熔胶等。 ［制作步骤］ （1）制作圆筒和活塞：剪下瓶子的瓶底，把瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为活塞，使瓶底的外径能与瓶子的内径相吻合。 （2）制作进、出水口（管）：在瓶子的侧壁上打一个出水口，插上一段塑料管作为出水管。去掉瓶盖上的小帽，把瓶口作为进水口。 （3）制作阀门：在活塞上打两个孔A、B，中间的孔A用来固定筷子。用橡皮膏把塑料片的一边粘在活塞上，使塑料片能盖住孔B，作为一个阀门。把玻璃球放到瓶子里作为另一个阀门。 （4）组装抽水机：装上活塞，抽水机就组装好了。 ［追问］安装进水管和阀门时，如何确保进水管与圆筒小孔的密封性？如何测试阀门是否能单向导通？请小组内分工合作，完成这两个环节后进行初步测试。 ［注意］①切割塑料瓶时保持剪刀刀刃远离身体，缓慢转动塑料瓶，确保切口平整；②用美工刀将橡胶塞切成比圆筒内径略大的圆柱，切割时将橡胶塞固定在桌面上，避免手部直接接触刀刃；③使用热熔胶枪加热后避免触碰枪头。 ［讨论回答］操作与测试：①密封性测试：组装好细管和圆筒及活塞后，用手捏住吸管与圆筒的连接处，轻轻拉动吸管，确保连接牢固、无漏气；②测试阀门：用滴管向进水管内滴入少量水，观察水是否能进入圆筒（进水阀门打开），再从圆筒上方倒入少量水，观察水是否能从进水管流出（进水阀门关闭），同理测试排水阀门的单向导通性。
　任务四　展示交流
教师活动 学生活动
［过渡提问］大部分小组已经完成了抽水机的组装，接下来大家来测试一下活塞式抽水机的性能。将瓶盖口朝下浸入水中，上下拉动活塞，测试抽水机能否把水抽上来。对自己小组做的简易活塞式抽水机进行评价，思考还有哪些地方是可以完善的。 ［追问］针对分析出的问题，各小组实施改进方案，然后进行二次测试，对比前后两次的测试效果。 ［讨论回答］①问题1：吸水高度低，原因可能是活塞密封性差；改进：在活塞外侧包裹更厚的橡胶，或更换密封性更好的橡胶塞；②问题2：进水管漏水，原因可能是进水管与圆筒的小孔密封不严；改进：用热熔胶重新密封小孔，确保连接处无缝隙，或更换更粗的吸管（与小孔尺寸匹配）。 ［讨论回答］分享改进效果：①某小组第一次吸水高度较小，不能持续抽水，包裹橡胶改进后，二次测试吸水高度正常，且能够持续抽水，说明密封改进有效；②某小组第一次排水不是很顺畅，松动活塞上的橡胶片改进后，排水正常且顺畅；③总结：改进方案需针对“气压差”“单向导通”“密封性”核心问题，才能有效提升抽水效果。
教师活动 学生活动
［任务］请以思维导图的形式，总结本节课的实践流程和核心知识。 ［总结］本节课我们经历了“理解原理——设计方案——动手制作——测试改进——展示交流”的完整跨学科实践流程，不仅掌握了活塞式抽水机的原理和制作方法，更重要的是培养了“发现问题—解决问题”的实践能力和跨学科思维。 ［小组合作］总结本节课知识，绘制思维导图。
第4节　跨学科实践：制作简易活塞式抽水机
一、明确任务
二、任务分解
三、制作简易活塞式抽水机
四、展示交流