9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（讲义）--【大单元教学】2024-2025学年八年级物理下册同步备课系列（人教版2024）

【八年级物理大单元设计】 9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 【内容预览】 【学习目标】 1 【项目分析】 1 【项目实施】 1 一、活塞式抽水机的工作原理 1 二、活塞式抽水机的设计与选材 3 三、制作活塞式抽水机 3 【课堂练习】 5 1. 通过制作简易活塞式抽水机，让学生深入理解大气压强的概念和作用。（物理观念） 2. 在制作过程中，学生需要进行观察、分析、推理和创新，培养科学思维能力。（科学思维） 3. 学生通过动手实践，体验科学探究的过程，掌握实验设计和操作的方法。（科学探究） 4. 培养学生严谨认真的科学态度和团队合作精神，以及运用物理知识解决实际问题的责任感。（科学态度与责任） 在生产生活中，人们常将水从低处抽到高处，方法和工具有很多种。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。活塞式抽水机蕴含着丰富的科学知识。 要制作简易活塞式抽水机，我们需要完成以下任务。 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。 一、活塞式抽水机的工作原理 1. 注射器的工作原理 注射器通过活塞在注射器内部的移动来完成药物的吸取和注射。取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，筒内气压变小，水在外界大气压的作用下被压人简中，即水从低处升到高处。如果向下压活塞，水就会被压回盆中。用注射器不能连续不断地将水提升到高处活塞式抽水机就巧妙地解决了这个问题 2. 活塞式抽水机的工作原理 （1）圆筒：抽水机的主体部分，为活塞上下移动提供了空间. （2）活塞：跟筒壁紧密接触同时又可以上下移动， （3）单向阀：只能向上开启的阀门，当活塞向下移动时，阀门B关闭、阀门A打开;当活塞向上移动时，阀门A关闭，阀门B打开。 （4）把手和支点：控制活塞的移动。 ①把手下压，提起活塞，阀门A因受到大气压的作用而关闭，活塞下面封闭的空气由于空间变大而变得稀薄，气压小于外界的大气压.于是，低处的水因受到大气压的作用而推开阀门B进入圆筒. ②把手上提，压下活塞，阀门B被水压下而关闭，水受阻不能向下流动，于是冲开阀门A进人活塞的上部. ③把手下压，再次提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从出水管流出.与此同时，低处的水又在大气压的作用下推开阀门B而进人圆筒.这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。 二、活塞式抽水机的设计与选材 (1)圆筒：选用硬塑料圆管作为机体材料，塑料轻便且耐用 (2)活塞：可以使用橡皮塞或者塑料片制作，从而能够保证与筒壁紧密接触，且活塞在筒内上下滑动时，能够有效地控制液体的进出 (3)进水管和出水管：可以使用细塑料管，塑料管易获取且成本较低，同时具有良好的耐用性和易加工性. (4)其他辅助材料：大头针、粘合剂等，用于固定和连接各个部件，完善抽水机的整体结构和确保功能的稳定性. 三、制作活塞式抽水机 下面是一种简易活塞式抽水机的制作参考. 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. （1）如图所示，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）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. （3）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(如图)把玻璃球放到瓶子里作为另一个阀门， （4）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.如图所示是抽水机的结构效果图: 【典例1】如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图。如图甲，提起活塞时，阀门A关闭，低处的水在       作用下推开阀门B，进入圆筒；如图乙，压下活塞时，阀门B关闭，活塞下面的水推开阀门       ，涌入活塞上面；如图丙，再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门       关闭，水从出水口流出。 【答案】大气压 A A 【详解】[1]使用时，若提起活塞，活塞下面的空气由于容积变大变得稀薄，则筒内的气压将变小，小于外界的大气压。阀门A受到向下的大气压的作用而关闭，低处的水受到向上的大气压的作用推开阀门B进入圆筒。 【典例2】（多选）如图所示为鱼缸中的电动过滤增氧泵的原理图，电动机带动水泵的叶轮旋转把水从进水口吸入，从喷水口中快速喷出，空气就会从进气管进入水中，随水流一起从出水口流出。下列说法正确的是（　　） A．水从进水口吸入水泵，主要利用了大气压 B．出水口排出的气泡，在水中上升时体积逐渐变小 C．喷水口越狭窄，进气管底端的压强就越小 D．水从水泵中快速甩出来，说明力改变了物体的运动状态 1．如图，用一个装水的瓶子倒插入装少量水的容器中，瓶口与底部留有间隙，当鸡喝掉容器中的水，且瓶口露出水面时，水又会自动流出，保证了给鸡供水。关于这个装置原理说法正确的是（　　） A．如瓶子顶部破损，水会从破口处喷出 B．水稳定后，瓶内气压小于瓶外大气压 C．当瓶口露出水面时，空气进入瓶内，瓶内气压增大 D．外界大气压突然降低，容器中的水会被“吸”入瓶内 2．如图，注射器的针头做得很尖，是为了 （选填“增大”或“减小”）压强，便于进行肌肉注射；注射前，医生将注射器活塞推至注射器筒底部，这样做是为了利用 把药液压入注射器内。 3．活塞式抽水机是利用 把水从低处抽到高处。抽水时，活塞在力的作用下向上运动，阀门 ，井内的水冲开阀门进入圆筒；压下活塞，阀门 、打开，水涌到活塞上面。（选填“打开”或“关闭”） 4．“无动力”抽水——虹吸抽水在生活中应用非常广泛“无动力”抽水并不是真正无动力，虹吸抽水时主要是 （选填“重力”或“大气压力”）充当动力。如图所示，在甲、乙、丙、丁四个装置中的玻璃管内灌满水，一端插入盛满水的大烧杯内，另一端用手按住管口，放手后，能把水虹吸到空烧杯的是 ，最后两杯液面保持相平的是 。（均选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”） 5．洗手液瓶中有个按压式吸液结构，它由图中的结构组成，使用的时候，通过手向下按压，活塞向下移动，弹簧被压缩使得进液阀门关闭，出液阀门打开，储液筒里的液体从出液管流出瓶外；当手松开时，弹簧恢复原来的自然状态使得活塞向上移动，出液阀门关闭，进液阀门打开，液体从导液管通过进液阀门进入到储液筒。这样活塞在圆筒中上下往复运动，不断地把液体“吸”出瓶外。 （1）按压式瓶盖的工作原理和 的工作原理相同；（填序号） A．活塞式抽水机    B．马桶    C．微小压强计 （2）洗手液能被“吸”上来是利用了 ； （3）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”） （4）如果宇航员在太空舱中按压这种洗手液瓶盖， 挤出洗手液（选填“能”或“不能”）。 6．如图（a）所示小明将两个相同形状大小的轻质塑料杯套叠在一起后，一只手固定杯2，另一只手向下拉动杯1一小段距离后放手，发现杯1被吸了回去。为探明原因小明做了如下实验：用注射器密封一段空气柱，保证其温度不变，注射器底部与数字气压计相连，装置如图（b）所示。竖直向上拉活塞来增大气体的体积，记录的实验数据如下表。 实验序号 1 2 3 气体压强（帕） 1 0.8 0.5 气体体积 (1)分析上表中数据，可得初步结论：密闭的气体温度不变时，气体压强 ； (2)假设两杯刚套叠时，两杯间空气的压强与大气压强相同，且可视作密闭空气。请根据上述信息及所学知识，分析并解释“杯1被吸了回去”的原因 。 7．请根据活塞式抽水机的示意图，说明它的工作原理．如图所示．甲图中，提起活塞时，阀门A关闭，管外的水在 的作用下推开阀门 ，进入圆筒．乙图中，压下活塞时，阀门B关闭，同时圆筒中活塞下方的水推开阀门 涌到活塞上方．丙图中，再次提起活塞时，圆筒中活塞上方的水从出水管流出．如此往复，就能把水抽上来了． 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 【八年级物理大单元设计】 9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 【内容预览】 【学习目标】 1 【项目分析】 1 【项目实施】 1 一、活塞式抽水机的工作原理 2 二、活塞式抽水机的设计与选材 3 三、制作活塞式抽水机 3 【课堂练习】 5 1. 通过制作简易活塞式抽水机，让学生深入理解大气压强的概念和作用。（物理观念） 2. 在制作过程中，学生需要进行观察、分析、推理和创新，培养科学思维能力。（科学思维） 3. 学生通过动手实践，体验科学探究的过程，掌握实验设计和操作的方法。（科学探究） 4. 培养学生严谨认真的科学态度和团队合作精神，以及运用物理知识解决实际问题的责任感。（科学态度与责任） 在生产生活中，人们常将水从低处抽到高处，方法和工具有很多种。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。活塞式抽水机蕴含着丰富的科学知识。 要制作简易活塞式抽水机，我们需要完成以下任务。 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。 一、活塞式抽水机的工作原理 1. 注射器的工作原理 注射器通过活塞在注射器内部的移动来完成药物的吸取和注射。取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，筒内气压变小，水在外界大气压的作用下被压人简中，即水从低处升到高处。如果向下压活塞，水就会被压回盆中。用注射器不能连续不断地将水提升到高处活塞式抽水机就巧妙地解决了这个问题 2. 活塞式抽水机的工作原理 （1）圆筒：抽水机的主体部分，为活塞上下移动提供了空间. （2）活塞：跟筒壁紧密接触同时又可以上下移动， （3）单向阀：只能向上开启的阀门，当活塞向下移动时，阀门B关闭、阀门A打开;当活塞向上移动时，阀门A关闭，阀门B打开。 （4）把手和支点：控制活塞的移动。 ①把手下压，提起活塞，阀门A因受到大气压的作用而关闭，活塞下面封闭的空气由于空间变大而变得稀薄，气压小于外界的大气压.于是，低处的水因受到大气压的作用而推开阀门B进入圆筒. ②把手上提，压下活塞，阀门B被水压下而关闭，水受阻不能向下流动，于是冲开阀门A进人活塞的上部. ③把手下压，再次提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从出水管流出.与此同时，低处的水又在大气压的作用下推开阀门B而进人圆筒.这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。 二、活塞式抽水机的设计与选材 (1)圆筒：选用硬塑料圆管作为机体材料，塑料轻便且耐用 (2)活塞：可以使用橡皮塞或者塑料片制作，从而能够保证与筒壁紧密接触，且活塞在筒内上下滑动时，能够有效地控制液体的进出 (3)进水管和出水管：可以使用细塑料管，塑料管易获取且成本较低，同时具有良好的耐用性和易加工性. (4)其他辅助材料：大头针、粘合剂等，用于固定和连接各个部件，完善抽水机的整体结构和确保功能的稳定性. 三、制作活塞式抽水机 下面是一种简易活塞式抽水机的制作参考. 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. （1）如图所示，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）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. （3）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(如图)把玻璃球放到瓶子里作为另一个阀门， （4）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.如图所示是抽水机的结构效果图: 【典例1】如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图。如图甲，提起活塞时，阀门A关闭，低处的水在       作用下推开阀门B，进入圆筒；如图乙，压下活塞时，阀门B关闭，活塞下面的水推开阀门       ，涌入活塞上面；如图丙，再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门       关闭，水从出水口流出。 【答案】大气压 A A 【详解】[1]使用时，若提起活塞，活塞下面的空气由于容积变大变得稀薄，则筒内的气压将变小，小于外界的大气压。阀门A受到向下的大气压的作用而关闭，低处的水受到向上的大气压的作用推开阀门B进入圆筒。 【典例2】（多选）如图所示为鱼缸中的电动过滤增氧泵的原理图，电动机带动水泵的叶轮旋转把水从进水口吸入，从喷水口中快速喷出，空气就会从进气管进入水中，随水流一起从出水口流出。下列说法正确的是（　　） A．水从进水口吸入水泵，主要利用了大气压 B．出水口排出的气泡，在水中上升时体积逐渐变小 C．喷水口越狭窄，进气管底端的压强就越小 D．水从水泵中快速甩出来，说明力改变了物体的运动状态 【答案】ACD 【详解】A．当水泵工作时，泵内气压小于外界大气压，水在外界大气压的作用下被压入水泵内，主要是利用大气压来工作的，故A正确； B．出水口排出的气泡，在水中上升时，深度变小，受到水的压强变小，气泡内部压强大于外部压强，所以，体积变大，故B错误； C．喷水口越狭窄，流速越大，压强越小，所以进气管底端的压强就越小，外界大气压就会将更多的空气压入到出水管中，故C正确； D．水从水泵中快速甩出来，水在力的作用下，运动状态发生变化，说明力改变了物体的运动状态，故D正确。 故选ACD。 1．如图，用一个装水的瓶子倒插入装少量水的容器中，瓶口与底部留有间隙，当鸡喝掉容器中的水，且瓶口露出水面时，水又会自动流出，保证了给鸡供水。关于这个装置原理说法正确的是（　　） A．如瓶子顶部破损，水会从破口处喷出 B．水稳定后，瓶内气压小于瓶外大气压 C．当瓶口露出水面时，空气进入瓶内，瓶内气压增大 D．外界大气压突然降低，容器中的水会被“吸”入瓶内 【答案】BC 【详解】A．如瓶子顶部破损，由于外界大气压大于瓶内大气压，则水面下降，直至与容器液面相平，故A错误； B．当水面刚好封住瓶口时，瓶内气体压强与液体压强之和等于外界大气压时，水停止流出，此时瓶内气压小于瓶外大气压，故B正确； C．当瓶口露出水面时，空气通过瓶口进入瓶内，使瓶内气体压强与液体压强之和大于外界大气压，水从瓶内流出，故C正确； D．如果大气压降低，瓶内的水面将下降，大气压升高，才会将水压回去，故D错误， 故选BC。 2．如图，注射器的针头做得很尖，是为了 （选填“增大”或“减小”）压强，便于进行肌肉注射；注射前，医生将注射器活塞推至注射器筒底部，这样做是为了利用 把药液压入注射器内。 【答案】 增大 大气压强 【详解】 [1]由可知，压力一定时，受力面积越小，压强越大，因此注射器的针头做得很尖，是为了在压力一定时通过减小受力面积来增大压强。 [2]注射前，医生将注射器活塞推至注射器筒底部，排出了筒内的气体，减少了筒内气体压强，外界大气压就可以把药液压入针筒，因此这样做是为了利用大气压强把药液压入注射器内。 3．活塞式抽水机是利用 把水从低处抽到高处。抽水时，活塞在力的作用下向上运动，阀门 ，井内的水冲开阀门进入圆筒；压下活塞，阀门 、打开，水涌到活塞上面。（选填“打开”或“关闭”） 【答案】 大气压 关闭 关闭 【详解】[1]活塞式抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处。 [2]由图知道，活塞式抽水机在使用时，提起活塞时，阀门B受到大气压的作用而关闭，活塞下面的空气变稀薄，气压小于外界大气压，于是，低处的水在大气压的作用下推开阀门A进入圆筒。 [3]当压下活塞时，阀门A受水的压力而关闭，水不能向下流，于是就冲开阀门B进入圆筒的上部。再提起活塞时，活塞上面的水使阀门B关闭，水被活塞提起，从侧管中流出来。 4．“无动力”抽水——虹吸抽水在生活中应用非常广泛“无动力”抽水并不是真正无动力，虹吸抽水时主要是 （选填“重力”或“大气压力”）充当动力。如图所示，在甲、乙、丙、丁四个装置中的玻璃管内灌满水，一端插入盛满水的大烧杯内，另一端用手按住管口，放手后，能把水虹吸到空烧杯的是 ，最后两杯液面保持相平的是 。（均选填“甲”、“乙”、“丙”或“丁”） 【答案】 大气压力 丙、丁 丁 【详解】[1]设在弯管正中央有一液片M，如下图所示： 液片左侧受到的压强为 p左=p大气压﹣ρ水gh1① 液片右侧受到的压强为 p右=p大气压﹣ρ水gh2② 因 h1<h2 由①②知 p左>p右 故水从鱼缸流入圆柱形容器中；当h1=h2，p左=p右时，水停止流动，“无动力”抽水并不是真正无动力，虹吸抽水时主要是大气压力充当动力。 [2][3]要想产生虹吸现象，需要把注满水的容器放在较高处，另一个没有盛水的容器放在较低处，故丙、丁能把水虹吸到空烧杯；由于丙中的小烧杯的高度远远低于左侧小烧杯的高度，所以这两个小烧杯中的液面不可能相同；而丁中的两个烧杯的高度相同，最终的水面相平。 5．洗手液瓶中有个按压式吸液结构，它由图中的结构组成，使用的时候，通过手向下按压，活塞向下移动，弹簧被压缩使得进液阀门关闭，出液阀门打开，储液筒里的液体从出液管流出瓶外；当手松开时，弹簧恢复原来的自然状态使得活塞向上移动，出液阀门关闭，进液阀门打开，液体从导液管通过进液阀门进入到储液筒。这样活塞在圆筒中上下往复运动，不断地把液体“吸”出瓶外。 （1）按压式瓶盖的工作原理和 的工作原理相同；（填序号） A．活塞式抽水机    B．马桶    C．微小压强计 （2）洗手液能被“吸”上来是利用了 ； （3）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”） （4）如果宇航员在太空舱中按压这种洗手液瓶盖， 挤出洗手液（选填“能”或“不能”）。 【答案】 A 瓶内压强与大气压之间的压强差 大于 能 【详解】（1）[1]按压式瓶盖的工作原理是按压瓶盖使瓶内气体被压缩，瓶内气体的压强变大，大于瓶外大气压，在气压差作用下，瓶内液体被压出。 A．活塞式抽水机时通过活塞上衣或叶轮转动，使抽水机内水面上方的气压减小，小于大气压在气压差作用下，水被压上来，故A符合题意；     B．马桶的基本原理时利用水的重力，与大气压无关，故B不符合题意；     C．微小压强计是用来测量较小的压强的，在U形管内装有色液体，两侧液面都受大气压的作用，两侧液面在同一高度，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根据帕斯卡定律来传递，而使连接橡皮管的一侧液面降低，另一侧液面升高，U形管两侧液面出现高度差，与大气压无关，故C不符合题意。 故选A。 （2）[2]洗手液能被“吸”上来是利用瓶内压强与大气压之间的压强差。 （3）[3]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，是因为瓶中气压大于储液筒中气压，在气压差作用下，瓶中液体沿导液管上升。 （4）[4]太空舱中内也有空气，如果宇航员在太空舱中按压这种洗手液瓶盖，同样可以通过按压增大瓶内气压，使瓶内气压大于舱内气压，同样可以挤出液体。 6．如图（a）所示小明将两个相同形状大小的轻质塑料杯套叠在一起后，一只手固定杯2，另一只手向下拉动杯1一小段距离后放手，发现杯1被吸了回去。为探明原因小明做了如下实验：用注射器密封一段空气柱，保证其温度不变，注射器底部与数字气压计相连，装置如图（b）所示。竖直向上拉活塞来增大气体的体积，记录的实验数据如下表。 实验序号 1 2 3 气体压强（帕） 1 0.8 0.5 气体体积 (1)分析上表中数据，可得初步结论：密闭的气体温度不变时，气体压强 ； (2)假设两杯刚套叠时，两杯间空气的压强与大气压强相同，且可视作密闭空气。请根据上述信息及所学知识，分析并解释“杯1被吸了回去”的原因 。 【答案】(1)随体积的增大而减小 (2)见解析 【详解】（1），分析表格数据可知，随着气体体积变大，气体压强变小，可得初步结论：密闭的气体温度不变时，气体压强随体积的增大而减小。 （2）小明将两个相同形状大小的轻质塑料杯套叠在一起后，一只手固定杯2，另一只手向下拉动杯1一小段距离后，内部密封的空气体积变大，则气体压强减小，小于外界大气压，在内外气压差的作用下杯1被吸了回去。 7．请根据活塞式抽水机的示意图，说明它的工作原理．如图所示．甲图中，提起活塞时，阀门A关闭，管外的水在 的作用下推开阀门 ，进入圆筒．乙图中，压下活塞时，阀门B关闭，同时圆筒中活塞下方的水推开阀门 涌到活塞上方．丙图中，再次提起活塞时，圆筒中活塞上方的水从出水管流出．如此往复，就能把水抽上来了． 【答案】 大气压 B A 【详解】读图可知，活塞式抽水机在使用时，先提起活塞（甲图），阀门A受到重力的作用而关闭，活塞下面的空气变稀薄，内部气压小于外界大气压，于是，低处的水在大气压的作用下推开阀门B进入圆筒．当压下活塞时（乙图），阀门B受水的压力而关闭，水不能向下流，于是就推开阀门A进入圆筒的上部，即涌到活塞上方．再提起活塞时（丙图），活塞上面的水使阀门A关闭，水被活塞提起，从出水管中流出来． 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $$