9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 2024-2025学年人教版物理八年级下册

9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 2024-2025学年人教版物理八年级下册 教学目标 1. 了解活塞式抽水机的工作原理，包括大气压强等相关知识在其中的应用。 2. 掌握制作简易活塞式抽水机的基本方法和步骤，培养学生的动手实践能力。 3. 通过跨学科实践活动，提高学生对物理知识与实际应用相结合的理解，增强学生的综合素养，激发学生对科学技术的兴趣。 教学重难点 【重点】 1. 理解活塞式抽水机的工作原理，尤其是大气压强如何使水被抽上来。 2. 成功制作出简易活塞式抽水机，并使其能够正常运行。 【难点】 1. 在制作过程中，确保各个部件的密封性和协调性，以实现抽水功能。 2. 引导学生将物理原理清晰地应用到实际制作中，解决可能出现的问题。 教学过程 一、新课导入 1. 展示生活中常见的抽水场景图片或视频，如农村的水井抽水、城市的消防栓喷水等。提问：“大家知道水是如何被抽到高处的吗？在这些场景背后隐藏着什么科学原理呢？”引发学生的好奇心和思考。 2. 拿出一个简单的注射器，向学生演示如何用注射器吸水和排水。提问：“这个过程与我们要制作的活塞式抽水机有什么相似之处呢？”引导学生初步建立对活塞式抽水机工作方式的直观认识。 在这些现象和简单演示的基础上引入本课的核心问题——制作简易活塞式抽水机，并探究其背后的科学奥秘。 二、新课教学 知识点 1：活塞式抽水机的原理 1. 详细讲解大气压强的概念：大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强，简称大气压。地球表面的大气压强约为 101325 帕斯卡（Pa）。向学生解释大气压强在日常生活中的各种表现，如用吸管喝饮料、吸盘挂钩能吸附在墙上等，都是利用了大气压强的作用。 2. 结合示意图（用简单的手绘线条在黑板上表示或借助多媒体展示简化的活塞式抽水机结构示意图），讲解活塞式抽水机的工作原理。当活塞向上移动时，抽水机内的气压减小，小于外界大气压，在大气压的作用下，水被压入抽水机内；当活塞向下移动时，活塞将水挤出抽水机。通过反复的活塞上下运动，实现持续抽水的过程。 3. 组织学生进行小组讨论，让学生思考并回答以下问题： （1）在活塞式抽水机中，哪些部分起到了关键作用，它们是如何与大气压强相互配合的？ （2）如果抽水机的密封性不好，会对抽水效果产生什么影响？为什么？ （3）生活中还有哪些设备或工具利用了类似的原理？ 鼓励学生积极发言，教师对学生的回答进行点评和补充，确保学生对原理有深入的理解。 知识点 2：制作简易活塞式抽水机的材料和步骤 1. 介绍制作简易活塞式抽水机所需的材料： （1）一个透明的塑料瓶（如饮料瓶），作为抽水机的主体。 （2）一根粗细适中的吸管，作为进水管和出水管。 （3）一个橡胶塞，用于密封塑料瓶瓶口，且能让吸管穿过。 （4）一些凡士林或其他密封胶，用于增强部件之间的密封性。 （5）水，用于测试抽水机的效果。 2. 详细讲解制作步骤： （1）首先，在塑料瓶靠近底部的位置开一个小孔，将吸管插入孔中，使吸管的一端在瓶内接近底部，另一端伸出瓶外，这根吸管作为进水管。用密封胶将吸管与瓶身的连接处密封好，确保不漏水。 （2）然后，将橡胶塞打孔，使另一根吸管穿过橡胶塞，这根吸管在瓶内的一端要稍短一些，在瓶外的一端要留出足够的长度以便操作，此为出水管。同样，用密封胶密封好吸管与橡胶塞的缝隙。 （3）在橡胶塞的边缘涂抹适量的凡士林，将其紧密地塞在塑料瓶瓶口上，确保整个装置的密封性。 在讲解过程中，每一步都要强调操作的要点和注意事项，如开孔的大小要适中，密封要严实等。同时，鼓励学生提出疑问，教师及时解答。 知识点 3：制作过程中的实践与指导 1. 学生分组进行制作，每组人数根据实际情况安排，一般 3 - 4 人为宜，确保每个学生都能充分参与到制作过程中。教师在教室里巡回指导，观察学生的制作情况，及时发现并解决学生遇到的问题。 2. 对于一些普遍存在的问题，如密封不严导致漏水、吸管安装不牢固等，教师要及时集中讲解，提醒其他小组注意避免类似问题的发生。同时，鼓励学生在制作过程中相互交流、合作，共同解决遇到的困难。 知识点 4：测试与改进 1. 学生完成制作后，让学生向塑料瓶中倒入适量的水，然后进行抽水测试。观察抽水机是否能够正常工作，水是否能够顺利被抽上来。 2. 如果抽水机不能正常工作，引导学生分析可能存在的问题，如密封性问题、吸管堵塞或弯折、活塞运动不顺畅等。鼓励学生根据问题所在，尝试采取相应的改进措施，如重新涂抹密封胶、清理吸管、调整活塞位置等。 3. 组织学生再次进行测试，直到抽水机能够正常运行。通过这个过程，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。 三、课堂小结 1. 回顾活塞式抽水机的工作原理，重点强调大气压强在其中的关键作用，以及活塞的运动如何改变抽水机内部的气压，从而实现抽水功能。 2. 总结制作简易活塞式抽水机的材料和步骤，提醒学生在制作过程中需要注意的关键环节，如密封、吸管安装等。 3. 让学生分享在制作和测试过程中遇到的问题以及解决问题的方法和经验，进一步加深学生对整个实践活动的理解和记忆。 四、课堂训练 1. 请学生解释为什么活塞式抽水机在使用前需要先往里面灌一些水。 （1）答案：往活塞式抽水机里灌一些水是为了在抽水机内形成一个密封的空间，当活塞向上运动时，这个空间内的气压会降低，在外界大气压的作用下，水就能够被压入抽水机内。如果不灌水，抽水机内部与外界大气相通，无法形成气压差，就无法抽水。 2. 假设一个活塞式抽水机的活塞面积为 20 平方厘米，在一次抽水过程中，活塞向上移动了 10 厘米，外界大气压为 101325 帕斯卡，计算在这个过程中大气对水做的功（忽略摩擦力等其他因素）。 （1）解：首先将活塞面积单位换算为平方米，20 平方厘米 = 0.002 平方米。 （2）根据功的计算公式 W = Fs（其中 F = pS，p 为压强，S 为受力面积，s 为在力的方向上移动的距离）。 （3）大气压力 F = 101325 Pa × 0.002 m² = 202.65 N。 （4）活塞向上移动的距离 s = 0.1 m。 （5）则大气对水做的功 W = 202.65 N × 0.1 m = 20.265 J。 3. 让学生思考并回答，如果要提高活塞式抽水机的抽水效率，可以从哪些方面进行改进？ （1）参考答案：可以从提高装置的密封性、增大活塞面积、优化活塞运动的顺畅性、增加抽水机的扬程（通过合理设计内部结构）等方面进行改进。同时，要确保进水管和出水管的管径合适且无堵塞，减少水流阻力。 教学反思 本次跨学科实践活动将物理知识与手工制作紧密结合，学生在制作简易活塞式抽水机的过程中，对大气压强的原理有了更直观、更深刻的理解。通过实际操作和问题解决，有效地培养了学生的动手实践能力和科学思维能力。然而，在教学过程中也发现一些问题，如部分学生在理解原理和制作细节上存在一定困难，需要教师给予更多的个别指导；在材料准备方面，一些材料的规格和质量可能会影响制作效果，今后需要更加严格筛选和准备。总体而言，这类实践活动对于激发学生学习物理的兴趣和提高学生的综合素养具有重要意义，在今后的教学中应适当增加类似的活动，并不断优化教学方法和过程。 在整个教学过程中，要充分考虑学生的认知水平和动手能力差异，给予每个学生足够的关注和指导，确保每个学生都能在实践活动中有所收获，达到教学目标的要求。同时，要鼓励学生在课后继续探索和改进自己制作的抽水机，进一步拓展学生的创新思维和实践能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$