9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（导学案）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（人教版2024）

9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 （导学案） 【学习目标】 1. 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. 尝试利用分析、综合等方法对跨学科问题进行合理性分析，提升科学论证及质疑创新的能力。 3. 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. 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。 【学习重点】通过实践活动，设计并制作简易活塞式抽水机。 【学习难点】1. 活塞式抽水机的结构及工作原理。 2. 设计一台简易的活塞式抽水机。 【自主预习】完成以下问题： 活塞式抽水机工作时，活塞向上移动 阀门关闭，水在 的作用下冲开 阀门，流入圆筒。活塞向下移动时， 阀门关闭， 阀门在液体压强的作用下被冲开，水流到活塞上部。如此反复，水便可从出水管流出。 【答案】 A 大气压 B B A 【详解】提起活塞A门关闭，大气压使水推开B门进入圆筒；压下活塞时B门关闭，活塞下面的水推开阀门A涌到活塞上面，活塞被不断的提起、压下水被不断的抽上来，最高提10.13m。 【合作探究】制作简易活塞式抽水机 一、项目提出 在生产生活中，人们常用抽水机将水从低处抽到高处。其中有一种活塞式抽水机，利用人力反复提压手柄就可以抽水。本节我们就自己动手制作一台简易活塞式抽水机。 二、项目分析 要制作简易活塞式抽水机，你需要完成以下任务。 1. 了解活塞式抽水机的结构及工作原理。 2. 设计一台简易活塞式抽水机。 3. 选择材料，完成制作。 三、项目实施 1. 了解活塞式抽水机的工作原理 【做一做】取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水从低处升到高处。如果向下压活塞，水就会被压回盆中。 怎样才能不断地将水提升到高处呢? 【观察活塞式抽水机图片或模型】 （1）活塞式抽水机的构成：活塞式抽水机由圆筒、活塞、出水管、两个单向阀门A、B等组成。 （2）分析活塞式抽水机的工作原理 ①如图甲所示，提起活塞，阀门A受到大气压的作用关闭。活塞下面空气稀薄，气压小于外界的大气压。低处的水受到大气压的作用，推开阀门B进入圆筒。 ②如图乙所示，当压下活塞时，阀门B被水压下关闭，水被阻不能向下流动，于是冲开阀门A进入圆筒的上部。 ③如图丙所示，再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从侧管流出。同时井的水又在大气压的作用下推开阀门B而进入圆筒。 这样，活塞不停的上下移动，水就从管口连续不断的流出。 【例题1】如图是活塞式抽水机工作的示意图，下列说法错误的是（ D　） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．在图甲中，阀门A与B都是单向阀门 C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动 D．这样的抽水机提升水的高度可以无限高 【解析】A．抽水机是先将筒内的空气排出，使其内部压强较小，水在外界大气压的作用下被压到高处，是利用大气压工作的，A正确，不符题意； B．在图中，抽水机的阀门A与B都是单向阀门，B正确，不符题意； C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，形成一个闭合的空间，所以水被阻不能向下流动，C正确，不符题意； D．抽水机是利用大气压来工作的，大气压强取1标准气压，则支持的水柱高为 即1标准气压能支持10m高左右的水柱，所以抽水机提升水的最大高度约为10m，故D错误，符合题意。所以选D. 2. 设计活塞式抽水机 【想一想】制作活塞式抽水机，需要考虑几个关键问题。例如，如何选一个密封性好的圆筒?怎样制作活塞?从哪儿进水，从哪儿出水，又该怎样制作两个阀门?.... 请发挥你的聪明才智，充分利用身边的材料，与同学们一起认真思考讨论，制订设计方案。 3. 制作活塞式抽水机 下面是某组同学的选材及制作过程，供参考。 （1）选择材料 一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个玻璃球，一块橡皮膏，一根塑料管。 （2）制作活塞式抽水机的步骤 ①如图甲所示，剪下瓶子的瓶底，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，使瓶底的外径与瓶子的内径相吻合。 ②如图乙所示，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。拔掉瓶盖上的小帽，把瓶口作为进水口。 甲 圆筒和活塞 乙 出水管 丙 带阀门的活塞 ③如图丙所示，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黏在活塞上，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如图所示，装上活塞，抽水机就组装好了。将瓶口朝下浸入水中，上下拉动活塞，抽水机就会把水抽上来。 （3）测试与调整 将整个装置装满水，注意水位应低于出水口。上下移动活塞杆，观察水是否能通过单向阀门被有效吸入并排出。特别注意检查单向阀门的工作效果，确保水在活塞上升时能够进入瓶内，而在活塞下降时不会回流。如果发现有漏水或回流现象，检查各连接处的密封性和单向阀门的工作效果，并进行必要的调整。 四、展示交流 【问题】 1. 用制作好的抽水机抽水。比一比哪个小组制作的抽水机运转得更流畅。 2. 讲解抽水机各部件的作用，并说明选择材料时的想法。说一说，它们是怎样实现抽水功能的?这样的抽水机提升水的最大高度是多少? 3. 你能从设计、选材上提出优化方案，制作一个更好的抽水机吗? 【归纳】 1. 可以设定一个统一的抽水任务，比如抽取一定量的水，看看哪个小组的抽水机能够更快、更流畅地完成这个任务。大家要仔细观察自己抽水机的运转情况，也可以互相观察其他小组的抽水机，看看它们有什么优点和可以改进的地方。 2. 计算这样的活塞式抽水机提升水的最大高度。 水抽到最高处时，水柱产生的压强与大气压相等，由公式p=pgh得，活塞式抽水机最多可把水抽起的高度 也就是说大气压只能支持高约10.3m高的水柱。 3. （1）制作一个更好的活塞式抽水机需要注意材料的选择、组装的方便性、使用效果以及耐用性，并进行不断的测试与改进。 在制作活塞式抽水机时，首先应考虑材料的选择。应选用质地坚固且轻便的材料，以确保抽水机的稳定性和耐用性。同时，材料应易于加工和组装，以降低制作难度和成本。 其次，组装的方便性也是制作过程中需要关注的重要方面。设计时，应确保各个部件之间的连接简单且牢固，便于组装和拆卸。 还应考虑活塞与筒壁之间的密封性，以确保抽水机在工作时不会漏气，从而影响抽水效果。 （2）以下方案供参考： ①活塞与活塞杆：取一根金属杆（如自行车钢丝）钢丝作为活塞杆，在钢丝下端穿上圆橡皮作为活塞，圆橡皮可以从自行车内胎上剪取，并在圆心处打一小孔。在圆橡皮下面加一直径稍大的铁垫圈，上面加一直径稍小的铁垫圈，用螺母将铁垫圈和圆橡皮压紧。在钢丝的上端装一个木柄以便操作‌。 ②出水管与阀门：准备一个内径适中的硬塑料圆管作为抽水机的主体。在圆管上端塞一橡皮塞，塞子正中开一小孔以便活塞上下移动‌。在距圆管上端一定距离的侧壁上开一孔，粘接一段细塑料管作为出水管。在圆管下端配一橡皮塞，中心开一小孔插入细塑料管作为进水管，孔的上面用大头针钉住一片平整薄橡皮作为进水阀门‌。 【归纳整理】 第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 【课堂练习】 1．活塞式抽水机的工作原理如图所示，当活塞被从圆筒底部提起时，阀门A____，地下水在______的作用下推开阀门______，进入圆筒中。 【答案】关闭，大气压，B。 【详解】由图可知，当提起活塞时，阀门A关闭，活塞内的气体体积增大，气压降低，低于外界的大气压，因此管外的水在大气压的作用下推开阀门B，进入圆筒中。 2. 如图使用活塞式抽水机时，若提起活塞，阀门A关闭，活塞下面的空气稀薄，低处的水受到_______的作用推开阀门B进入圆筒。当压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水被阻不能向下流动，冲开阀门_____进入圆筒的上部。再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门______关闭，水从侧管流出。 【答案】大气压，A，A。 【详解】使用活塞式抽水机，若提起活塞，阀门A关闭，活塞下面的空气少，低处的水受到大气压的作用推开阀门进入圆筒。 压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水被阻不能向下流动，冲开阀门A，进入圆筒的上部。再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从侧管流出。 3．如图是活塞式抽水机工作示意图，下列说法错误的是（　） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．在图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上的P点受到的作用力竖直向上 C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动 D．这样的抽水机提升水的最大高度约为10m 【答案】B。 【详解】A．抽水机是先将筒内的空气排出，使其内部压强较小，水在外界大气压的作用下被压到高处，所以抽水机是利用大气压工作的，故A正确，不符题意； B．图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上P点对活塞一个向上的力，由于物体间力的作用是相互的，活塞对P的作用力是向下的，故B错误，符合题意； C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，形成一个闭合的空间，所以水被阻不能向下流动，故C正确，不符合题意； D．抽水机是利用大气压来工作的，已知大气压强为p0=1.0×105Pa，由p=ρgh可得 则1标准气压能支持10m高的水柱，故抽水机提升水的最大高度约10m，D正确，不符合题意。 故选B。 4. 洗手液瓶中的按压式吸液结构，如图所示。 （1）按压式瓶盖的工作原理和________（选填“活塞式抽水机”、“船闸”或“微小压强计”）的工作原理相同； （2）洗手液能被“吸”上来是利用了________。向下按压后松手时，液体从导液管通过进液阀门进入到储液筒，是因为瓶中气压_______储液筒中气压；（选填“大于”“小于”或“等于”） （3）洗手液是液体，不易被压缩，这说明分子间存在着________。如果宇航员在太空舱中按压这种瓶装洗手液瓶盖，_______（选填“能”或“不能”）挤出洗手液。 【答案】 活塞式抽水机 气体的压强 大于 斥力 能 【详解】（1）按压瓶盖，瓶内气体被压缩，压强变大，大于外界大气压，洗手液在内外气压差的作用下被“吸”上来，利用的是气体的压强。抽水机抽水，通过活塞上移使抽水机内水面上方的气压减小，水在外界大气压的作用下，被压上来，利用了大气压，符合题意；船闸是利用连通器的原理工作的，与大气压无关；微小压强计原理是用橡皮管把扎有橡皮膜的金属盒连到U形管一侧，用手指按橡皮膜，手指加在橡皮膜上的压强就由封闭在管内的气体来传递，而使左侧液面降低，右侧液面升高，U形管两侧液面出现高度差，与大气压无关。 （2）洗手液能被“吸”上来是利用了气体的压强，向下按压后松手时，液体从导液管通过进液阀门进入到储液筒，说明瓶中气压大于储液筒中气压。 （3）分子间存在引力和斥力。洗手液是液体，不易被压缩，这说明分子间存在着斥力。 因为太空舱内也有空气，而这种瓶装洗手液瓶盖是利用气体的压强工作的，所以如果宇航员在太空舱中按压这种瓶装洗手液瓶盖能挤出洗手液。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 （导学案） 【学习目标】 1. 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. 尝试利用分析、综合等方法对跨学科问题进行合理性分析，提升科学论证及质疑创新的能力。 3. 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. 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。 【学习重点】通过实践活动，设计并制作简易活塞式抽水机。 【学习难点】1. 活塞式抽水机的结构及工作原理。 2. 设计一台简易的活塞式抽水机。 【自主预习】完成以下问题： 活塞式抽水机工作时，活塞向上移动 阀门关闭，水在 的作用下冲开 阀门，流入圆筒。活塞向下移动时， 阀门关闭， 阀门在液体压强的作用下被冲开，水流到活塞上部。如此反复，水便可从出水管流出。 【合作探究】制作简易活塞式抽水机 一、项目提出 在生产生活中，人们常用抽水机将水从低处抽到高处。其中有一种活塞式抽水机，利用人力反复提压手柄就可以抽水。本节我们就自己动手制作一台简易活塞式抽水机。 二、项目分析 要制作简易活塞式抽水机，你需要完成以下任务。 1. 了解活塞式抽水机的结构及工作原理。 2. 设计一台简易活塞式抽水机。 3. 选择材料，完成制作。 三、项目实施 1. 了解活塞式抽水机的工作原理 【做一做】取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水从低处升到高处。如果向下压活塞，水就会被压回盆中。 怎样才能不断地将水提升到高处呢? 【观察活塞式抽水机图片或模型】 （1）活塞式抽水机的构成：活塞式抽水机由圆筒、活塞、出水管、两个单向阀门A、B等组成。 （2）分析活塞式抽水机的工作原理 ①如图甲所示，提起活塞，阀门A受到大气压的作用关闭。活塞下面空气稀薄，气压小于外界的大气压。低处的水受到大气压的作用，推开阀门B进入圆筒。 ②如图乙所示，当压下活塞时，阀门B被水压下关闭，水被阻不能向下流动，于是冲开阀门A进入圆筒的上部。 ③如图丙所示，再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从侧管流出。同时井的水又在大气压的作用下推开阀门B而进入圆筒。 这样，活塞不停的上下移动，水就从管口连续不断的流出。 【例题1】如图是活塞式抽水机工作的示意图，下列说法错误的是（ 　） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．在图甲中，阀门A与B都是单向阀门 C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动 D．这样的抽水机提升水的高度可以无限高 2. 设计活塞式抽水机 【想一想】制作活塞式抽水机，需要考虑几个关键问题。例如，如何选一个密封性好的圆筒?怎样制作活塞?从哪儿进水，从哪儿出水，又该怎样制作两个阀门?.... 请发挥你的聪明才智，充分利用身边的材料，与同学们一起认真思考讨论，制订设计方案。 3. 制作活塞式抽水机 下面是某组同学的选材及制作过程，供参考。 （1）选择材料 一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个玻璃球，一块橡皮膏，一根塑料管。 （2）制作活塞式抽水机的步骤 ①如图甲所示，剪下瓶子的瓶底，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，使瓶底的外径与瓶子的内径相吻合。 ②如图乙所示，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。拔掉瓶盖上的小帽，把瓶口作为进水口。 甲 圆筒和活塞 乙 出水管 丙 带阀门的活塞 ③如图丙所示，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黏在活塞上，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如图所示，装上活塞，抽水机就组装好了。将瓶口朝下浸入水中，上下拉动活塞，抽水机就会把水抽上来。 （3）测试与调整 将整个装置装满水，注意水位应低于出水口。上下移动活塞杆，观察水是否能通过单向阀门被有效吸入并排出。特别注意检查单向阀门的工作效果，确保水在活塞上升时能够进入瓶内，而在活塞下降时不会回流。如果发现有漏水或回流现象，检查各连接处的密封性和单向阀门的工作效果，并进行必要的调整。 四、展示交流 【问题】 1. 用制作好的抽水机抽水。比一比哪个小组制作的抽水机运转得更流畅。 2. 讲解抽水机各部件的作用，并说明选择材料时的想法。说一说，它们是怎样实现抽水功能的?这样的抽水机提升水的最大高度是多少? 3. 你能从设计、选材上提出优化方案，制作一个更好的抽水机吗? 【归纳】 1. 可以设定一个统一的抽水任务，比如抽取一定量的水，看看哪个小组的抽水机能够更快、更流畅地完成这个任务。大家要仔细观察自己抽水机的运转情况，也可以互相观察其他小组的抽水机，看看它们有什么优点和可以改进的地方。 2. 计算这样的活塞式抽水机提升水的最大高度。 水抽到最高处时，水柱产生的压强与大气压相等，由公式p=pgh得，活塞式抽水机最多可把水抽起的高度 也就是说大气压只能支持高约10.3m高的水柱。 3. （1）制作一个更好的活塞式抽水机需要注意材料的选择、组装的方便性、使用效果以及耐用性，并进行不断的测试与改进。 在制作活塞式抽水机时，首先应考虑材料的选择。应选用质地坚固且轻便的材料，以确保抽水机的稳定性和耐用性。同时，材料应易于加工和组装，以降低制作难度和成本。 其次，组装的方便性也是制作过程中需要关注的重要方面。设计时，应确保各个部件之间的连接简单且牢固，便于组装和拆卸。 还应考虑活塞与筒壁之间的密封性，以确保抽水机在工作时不会漏气，从而影响抽水效果。 （2）以下方案供参考： ①活塞与活塞杆：取一根金属杆（如自行车钢丝）钢丝作为活塞杆，在钢丝下端穿上圆橡皮作为活塞，圆橡皮可以从自行车内胎上剪取，并在圆心处打一小孔。在圆橡皮下面加一直径稍大的铁垫圈，上面加一直径稍小的铁垫圈，用螺母将铁垫圈和圆橡皮压紧。在钢丝的上端装一个木柄以便操作‌。 ②出水管与阀门：准备一个内径适中的硬塑料圆管作为抽水机的主体。在圆管上端塞一橡皮塞，塞子正中开一小孔以便活塞上下移动‌。在距圆管上端一定距离的侧壁上开一孔，粘接一段细塑料管作为出水管。在圆管下端配一橡皮塞，中心开一小孔插入细塑料管作为进水管，孔的上面用大头针钉住一片平整薄橡皮作为进水阀门‌。 【归纳整理】 第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 【课堂练习】 1．活塞式抽水机的工作原理如图所示，当活塞被从圆筒底部提起时，阀门A____，地下水在______的作用下推开阀门______，进入圆筒中。 2. 如图使用活塞式抽水机时，若提起活塞，阀门A关闭，活塞下面的空气稀薄，低处的水受到_______的作用推开阀门B进入圆筒。当压下活塞时，阀门B被水压下而关闭，水被阻不能向下流动，冲开阀门_____进入圆筒的上部。再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门______关闭，水从侧管流出。 3．如图是活塞式抽水机工作示意图，下列说法错误的是（　） A．抽水机是利用大气压来工作的 B．在图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上的P点受到的作用力竖直向上 C．在图乙中，在Q点向上抬手柄PQ时，阀门B由于受液体压力而关闭，水被阻不能向下流动 D．这样的抽水机提升水的最大高度约为10m 4. 洗手液瓶中的按压式吸液结构，如图所示。 （1）按压式瓶盖的工作原理和________（选填“活塞式抽水机”、“船闸”或“微小压强计”）的工作原理相同； （2）洗手液能被“吸”上来是利用了________。向下按压后松手时，液体从导液管通过进液阀门进入到储液筒，是因为瓶中气压_______储液筒中气压；（选填“大于”“小于”或“等于”） （3）洗手液是液体，不易被压缩，这说明分子间存在着________。如果宇航员在太空舱中按压这种瓶装洗手液瓶盖，_______（选填“能”或“不能”）挤出洗手液。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$