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人教版物理8年级下册培优备课课件(精做课件)10.4跨学科实践:制作微型密度计第十章浮力授课教师:Home .班级:八年级(*)班.时间:.在测量密度未知的液体时,可以将密度计放入液体中来测量,如图所示,不过常用的密度计体积较大,若遇到难以放入其中的小瓶液体,我们该如何测量呢?
可以制作微型密度计来测量
课堂导入
密度计及测量液体的密度
视频
新知探究
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,是一种初步判断其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,测量时只要把微型
密度计放入小瓶中,就能方便、
快速地判断其是否合格。
项目提出
制作微型密度计
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。
新知探究
制作微型密度计
项目分析
新知探究
制作微型密度计
测量原理
物体的漂浮条件:
F浮=G物
分析:
密度计在三种液体中都漂浮,所以,F浮1=G密度计,F浮2=G密度计,F浮3=G密度计
甲 乙 丙
可以得到:F浮1=F浮2=F浮3
即:ρ1gV排1=ρ2gV排2=ρ3gV排3
由图知V排1>V排2>V排3,故 ρ1<ρ2<ρ3
同一支密度计
新知探究
制作微型密度计
正确判断
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。
ρ1 < ρ2 < ρ3
ρ3=0.88×103kg/m3
ρ1=0.86×103kg/m3
ρ2=0.87×103kg/m3
新知探究
制作微型密度计
1.设计
(1)基本思路
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。
项目实施
新知探究
制作微型密度计
(2)估算密度计的质量
对于100 mL的小瓶酒精来说,若微型密度计测量时排开1~2 mL的酒精,一般不会导致酒精的溢出。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。
新知探究
制作微型密度计
(3)估算标度杆的直径
ρ1=0.86g/cm3
ρ3=0.88g/cm3
ρ2=0.87g/cm3
分析:由阿基米德原理知:
F浮=G排=ρ1gV排1=ρ2gV排2=ρ3gV排3
又因为密度计漂浮:
F浮=G密度计=m密度计g
所以有:m密度计=ρ1V排1=ρ3V排3
ΔV排=V排1-V排3= -
m密度计
ρ1
m密度计
ρ3
将密度计的质量m密度计=1g,ρ1和ρ3带
入上式,可解得ΔV排=0.0264cm3
新知探究
制作微型密度计
(3)估算标度杆的直径
为了便于观察者分辨,可设定A、B
间的长度:h=4mm=0.4cm
ρ1=0.86g/cm3
ρ3=0.88g/cm3
ρ2=0.87g/cm3
所以,标度杆的横截面积
S= = =
V
h
ΔV排
h
0.0264cm3
0.4cm
=0.066cm2
最后由S=πr2算出标度杆的直径
d=2r= =2=0.3cm=3mm
新知探究
制作微型密度计
(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(如绕一些铜丝),但绕铜丝后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。
标度杆
浮子
配重
这样,微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成(如图)。
新知探究
制作微型密度计
2.制作
(1)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3mm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。
1. 【项目提出】常用密度计的体积较大,很难放入小瓶测量酒精的密度。如果能设计和制作一个微型密度计,就能方便、快速地测量酒精的密度。
【项目分析】
在液体体积一定时,液体质量与液体密度成正比;液体重力与其质量成________比,因此可根据液体重力和密度的关系制作密度计。
正
【项目实施】
选择材料:一根长约8 cm的圆柱状饮料吸管、一个小泡沫塑料球、一段细铜丝、石蜡和水等。
实验步骤:①把圆柱状饮料吸管放入
水中,发现吸管无法竖直漂浮在水面;
②在吸管的下端缠上适量细铜丝作为配重,中部套一个小泡沫塑料球作为浮子,放入水中浮子浸没,吸管能竖直漂浮在水面,初步做成一个密度计,如图所示;
③把密度计放入水中,把水面对应的位置标为水的密度,然后将其放入密度不同的液体中,在密度计上标出不同密度。
【交流分析】
(1)制作过程中,将一些铜丝密绕在吸管一端作为配重,这是为了降低吸管的________,将其放入水中时,密度计不能直立,应________细铜丝的质量。
(2)这根吸管竖直漂浮在不同液体中时,液体的密度越大,它浸入液体的长度h越________,受到的浮力大小________(填“变大”“变小”或“不变”)。
重心
增加
短
不变
(3)通过正确计算,在吸管上标出对应的刻度线,便制成了一个简易的吸管密度计,图中刻度的标示合理的是_____。
(4)若测量液体密度时,密度计接触到容器的底部,测得的密度值________(填“大于”“小于”或“等于”)实际值。
B
大于
(5)密度计制作完毕后,同学们分别测量不同含量的酒精溶液的密度,发现密度在0. 8和0. 9之间,且两刻度线的距离较小,请提出一个方法使两条刻度线之间的距离大一些,使测量结果更精确:_________________________。
增大配重
返回
新知探究
制作微型密度计
2.制作
(2)制成作品
大家可以团队协作,发挥各自的聪明才智,选择合适的标度杆、浮子和配重,完成微型密度计的制作。
标度杆
浮子
配重
新知探究
制作微型密度计
⒈用制作棉签的实心塑料杆(直径约为3mm)作为标度杆,塑料杆中部套一个直径约1.2cm的泡沫塑料球作为浮子,下端绕有铜丝作为配重,初步做成一个密度计(如图)。
实心
塑料杆
塑料球
铜丝
下面的制作方案供同学们参考。
⒉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,水面上方露出一截塑料杆。
新知探究
制作微型密度计
⒊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。
⒋最后,用4mm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(如图)。
制作的密度计放入酒精中不能竖直时,可按如下方法调整:
①调整底部金属丝,使其尽可能分布均匀,尽可能靠近下端;
②减少吸管露出水面部分的长度,降低吸管的重心,也有利于其保持竖直;
③在浮子的一侧粘上一个配重。
新知探究
展示交流
将吸管穿过塑料小球并固定小球。
用打火机加热塑料吸管的底端,捏合封闭底端并缠绕金属丝。
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。
制作微型密度计
新知探究
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
消毒酒精编号 1 2 3
实际密度(g/cm3)
测量的结果 (符合/偏大/偏小)
0.83 0.87 0.90
制作微型密度计
新知探究
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。
密度计的上下限标记和塑料杆的直径有关,当测量该数据不准确时,会造成标记的错误,如果测量的直径偏大,则算出来的刻度范围偏小;反之则偏大。
制作微型密度计
2. 小荣了解到密度计分为“比重计”和“比轻计”。测量密度大于水的液体时用比重计,比重计的最小刻度线是“1”;测量密度小于水的液体用比轻计,比轻计的最大刻度线是“1”。图中A、B两支密度计,一支是比重计,
一支是比轻计,它们的外形完全相同,
B中配重质量大于A。
下列有关A、B两支密度计及刻度线“1”位置的说法正确的是( )
A. 图中密度计A上面的刻度值“a”大于刻度值“b”
B. 密度计A是比轻计,刻度线“1”在密度计刻度的上端
C. 密度计B是比重计,刻度线“1”在密度计刻度的上端
D. 将A、B两支密度计放入水中,漂浮时露出水面较长的是B
C
【点拨】同一支密度计在不同液体中都漂浮,浮力都等于重力,由于重力不变,所以浮力不变,由图知V排a>V排b,根据F浮=ρ液V排g知,ρa<ρb,所以刻度值“a”小于刻度值“b”,故A错误;密度计漂浮时,浮力等于其重力,由于B中配重质量大于A,由G=mg知,B中配重的重力大于A,所以B受到的浮力大,A受到的浮力小,即FA因为密度计的刻度从上向下逐渐增大,且比重计的刻度线“1”最小,所以比重计的刻度线“1”在最上端,比轻计的刻度线“1”最大,所以比轻计的刻度线“1”在最下端,故C正确,B错误;将A、B两支密度计放入水中,它们受到的浮力FA返回
3. 科技制作活动中,小荣将金属夹夹在吸管一端使其密闭,制成简易密度计,如图所示。为了给密度计标刻度,她将密度计分别放入水和酒精中,密度计均竖直漂浮,吸管露出液面的长度为d。密度计在水中时d1为10 cm,浮力大小为F1,在酒精中时d2为8 cm,浮力大小为F2,则F1______(填“>”“=”或“<”)F2。若将该密度计放入某液体中时d3为14 cm,
则该液体密度为________g/cm3。
(ρ水=1. 0 g/cm3,ρ酒精=0. 8 g/cm3)
=
2
【点拨】密度计在水和酒精中都处于漂浮状态,由物体浮沉条件可知,F1=F2=G,浮力相等;设吸管的底面积(横截面积)为S,吸管和金属夹的总体积为V总,密度计的总重力为G,由题知,ρ酒精=0. 8ρ水,设另一种液体的密度为ρ液,小荣将该密度计放入水中,密度计静止时吸管露出液面的长度d1为10 cm,由F1=G和F浮=ρ液V排g可得:ρ水(V总-Sd1)g=G ①,小荣将该密度计放入酒精中,
密度计静止时吸管露出液面的长度d2为8 cm,由F2=G和F浮=ρ液V排g可得:0. 8ρ水(V总-Sd2)g=G ②,联立①②,代入d1、d2的值解得V总=S×18 cm;若将该密度计放入某液体中时d3=14 cm,同理可得ρ液(V总-Sd3)g=G ③,将V总=S×18 cm分别代入①和③,并联立①③可解得ρ液=2ρ水=2×1. 0 g/cm3=2 g/cm3。
返回
4. 如图所示是玻璃管密度计的示意图。已知密度计的质量为10 g,上面粗细均匀部分的玻璃管长20 cm,且标有0. 75~1. 2 g/cm3的刻度。(g取10 N/kg)
(1)求密度计漂浮在液体中受到的浮力;
【解】密度计测量液体的密度时漂浮在液体中,密度计受到的浮力等于重力,则浮力F浮=G=mg=10×10-3 kg×10 N/kg=0. 1 N。
(2)图中1. 1 g/cm3刻度已标出,请将1. 2 g/cm3刻度的大致位置合理地标注在密度计上并说明理由;
【解】密度计漂浮在不同的液体中,受到的浮力是相同的;由F浮=ρ液V排g可知,密度计排开液体的体积越大,表明液体的密度越小,图中1. 1 g/cm3刻度已标出,则1. 2 g/cm3在1. 1 g/cm3的下方,1. 2 g/cm3刻度如图所示。
(3)求有刻度部分的玻璃管横截面积的最小值。
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5. 项目化小组用各种材料制作了5个不同密度的小球,分别标为1~5号。按顺序用长度相同的细线连接(忽略细线体积)。如图甲所示,将这串小球放入未知液体中,测出液体的密度。
材料种类 A B C
密度/(g·cm-3) 0. 5 1. 0 2. 7
【项目原理】
图甲中液体密度与________号小球的密度相同。
【项目制作】
也可以称取不同质量的同种材料,制作成5个内部空心部分体积不同,但外部总体积相等的小球,将它们依次用细线连接,放入待测液体中,进行测量;分析表中材料,最合适制作的材料是________。
4
C
【项目改进】
若被测液体密度介于相邻的两球之间,则两小球间细线将________(填“拉直”或“松弛”)。
拉直
为了更准确地测量,他们选了表中两种材料做了简易密度计,如图乙所示,测得密度计在不同液体中露出液面的高度h,描点得到的图像如图丙所示,则图像中横坐标所表示的量是________(填“G”“F浮”或“ρ”)。
ρ
返回
制作微型密度计
项目提出
课堂小结
设计和制作一个微型密度计
展示交流
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。
1.检验几瓶密度不同的酒精消毒液;
2.进行误差分析;
3.交流谈谈自己的体会。
项目分析
项目实施
1.设计一个微型密度计
2.制作一个微型密度计