第4节 跨学科实践：制作微型密度计（大单元教学课件）物理人教版2024八年级下册

第十章 浮力 第四节 跨学科实践：制作微型密度计 【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） 1. 学生能够理解密度计的工作原理，即根据物体漂浮时浮力等于重力以及阿基米德原理，利用浮力知识来测量液体的密度。 2. 学生能够自己动手制作一个简易的微型密度计，并准确地使用它测量不同液体的密度。 3. 学生能够学会对制作的微型密度计进行简单的校准和误差分析。 学习目标 情境导入 【知识巩固：密度计】 1. 密度计的结构 （1）玻璃管：内部中空，底部填充铅粒或水银（增加稳定性,使其垂直漂浮）。 （2）刻度线：________，刻度________，液体密度越大，刻度越靠上。 2. 密度计的原理： 密度计静止在液体的表面，处于_____状态。由二力平衡和阿基米德原理，可知： 液体密度越大，排开液体的体积越___，密度计浸入液体的深度越____；液体密度越小，排开液体的体积越____，密度计浸入液体的深度越___。 上疏下密 不均匀 漂浮 小 浅 大 深 情境导入 消毒酒精的密度约为0.87×103kg/m3。用密度计测量酒精的密度，是一种初步判断酒精是否合格的简单方法。 第4节 跨学科实践：制作微型密度计 常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。 要测量小瓶酒精的密度，就需要设计和制作一个微型密度计，只需把其放入其中，就能方便、快速地判断酒精是否合格。 本节课，让我们一起来制作能够测量消毒酒精的微型密度计吧。 项目分析 1.测量原理 项目分析 同一支密度计分别放在甲乙两种液体中，处于漂浮状态。由二力平衡得，在甲乙两种液体中浮力均等于其重力，故甲乙中密度计的浮力相等。 对于甲，由阿基米德原理得： 由二力平衡得：密度计 对于乙，由阿基米德原理得： 二力平衡得：密度计 = ∵V排乙＞V排甲，即密度计在乙液体中浸入更深。 ∴ρ乙＞ρ甲 项目分析 2.制作密度计的限定条件 (1)如果在密度计的标杆上刻上刻度，就能粗略测出液体密度的大小。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， (2)常用的100m酒精的瓶口直径大约是2cm，高度不超过10 cm，所以密度计浸人酒精内的深度不宜超过8cm，浮子的直径不要超过 2 cm. 项目分析 3.两种制作方案的比较 我们接触较多的，是外形为圆柱体的密度计，这类密度计原理简单，也比较容易理解另外还有一种是实际使用较多的浮子密度计，外形不规则、下部粗大上部尖细.这两种密度计的原理虽然相同，但是实际使用效果上有很大的差别，浮子密度计优于圆柱体密度计。 圆柱体密度计 浮子密度计 项目分析 (1) 圆柱体密度计 如图所示，设密度计的横截面积为S杆，根据浮沉条件有： G密度计=ρ1gV排1=ρ2gV排2=ρ3gV排3 由圆柱体的体积公式得： V排1=s杆h1 V排2=s杆h2 V排3=s杆h3 即：密度计浸入液体深度与液体的密度成反比。 h3 h1 h2 ρ1 ρ2 ρ3 项目分析 假使我们制作一个简易的圆柱体密度计来测量酒精的密度是否合格，我们可以调节圆柱体密度计的配重，使其在标准酒精中深度为5cm ，可以分别算出密度计在密度在、的酒精中的深度。 ，得： 解得：，。 则：标度的总长度为 。 项目分析 我们在密度计标度杆上标记的上限高度是5.06 cm，标记的下限高度是4.94 cm。 如果考虑到视觉误差，1.2mm的长度过小，实际上非常难以观察并分辨. △L=1.2mm h3=5.06cm h1=4.94cm ρ1 ρ3 项目分析 (2)浮子密度计 浮子密度计不是一个圆柱体，而是下大上小的结构。我们设标准消毒酒精的密度为，浮子密度计在标准消毒酒精中时排开酒精的体积为，把浮子密度计放入不同密度的酒精中时密度计排开液体的情况如图所示: 配重 浮子 项目分析 因为密度计受到的浮力始终等于密度计的重力，所以有： ⇒ ⇒⇒ ⇒ 求解得： 、 又因为密度计的标杆是圆柱体，其横截面积是S横截面积， 则有：、 项目分析 归纳总结：影响密度计精度的两个因素 （1）密度计在标准液体中排开液体的体积(也可理解为密度计的质量) 密度计在标准液体中排开液体的体积越大(质量越大)，其在不同密度液体中的体积变化越大，精度越高。 （2）标度杆的横截面积 标度杆越细，其横截面积越小，标度的间隔就越大，精度会越高. 项目分析 制作标度杆时，使用的是外直径为3mm 的细塑料管，由面积公式 可知塑料管的横截面积为 制作时使用的浮子直径为1.5cm，排开酒精的体积约为1.77cm³，标度杆在标准密度酒精中浸入的深度约为5cm，排开酒精的体积大约为0.35cm³，所以浮子密度计排开的标准密度酒精的总体积约为：2.1cm³. 我们将密度计排开酒精的体积和标度杆的横截面积代入可求得： 项目分析 我们以标准线为基准，在红线下方标出3.4mm线，在红线上方标出3.5mm线，则漏精的液面在该范围之内都是合格的。可见，浮子密度计的标记长度大于圆柱密度计，测量结果更准确。所以我们在制作的时候，选择制作浮子密度计。 项目实施 1. 材料准备 吸管、小铁钉或细铜丝（作为配重）、塑料球或泡沫（作为浮子）、热熔胶枪、红色胶布或记号笔、刻度尺、三种不同密度的液体（如盐水、清水、酒精）。 项目实施 浮子密度计的制作 2. 制作过程 （1）设计：微型密度计应能竖直漂浮在液体中，通过刻度或标记直接读出液体的密度。密度计放入液体后不能触碰瓶底，也不能使液体溢出。 （2）制作标度杆：取一根吸管，用刻度尺测量并标记刻度。确保吸管的一端密封，避免液体渗入。 （3）增加配重：在吸管的一端缠绕小铁钉或细铜丝，作为配重，使吸管能在液体中竖直漂浮。配重的质量需根据液体的密度进行调整。 项目实施 浮子密度计的制作 2. 制作过程 （4）增加浮子：在吸管中部套上一个塑料球或泡沫，作为浮子，以增大浮力。浮子的位置和大小需确保密度计能稳定漂浮。 （5）调节与测试：将初步制成的密度计放入水中，调节配重，使密度计竖直漂浮，并标记出水面位置。然后，将密度计放入已知密度的液体中，如标准消毒酒精，标记出液面位置。根据液面位置与刻度关系，确定液体的密度范围。 （6）标记刻度：用红色胶布或记号笔在吸管上标记出不同密度的刻度线。确保刻度线清晰、准确。 项目实施 浮子密度计的制作 塑料球 饮料吸管 铜丝 彩色胶布 项目实施 浮子密度计的制作 3. 成品展示 用自制密度计测小瓶酒精的密度 项目实施 浮子密度计的制作 3. 实验与应用 （1）将自制的微型密度计分别放入不同密度的液体中，观察液面在吸管上的位置，通过比较位置与刻度线的关系，判断液体的密度。 （2）应用自制密度计测量小瓶酒精的密度，判断其是否合格。 （3）通过调整配重和浮子，优化密度计的设计，提高其测量精度和稳定性。 项目实施 浮子密度计的制作 4. 注意事项 （1）确保吸管密封良好，避免液体渗入。 （2）配重质量需适中，确保密度计能竖直漂浮且不触碰瓶底。 （3）标记刻度时，确保刻度线清晰、准确，便于观察和测量。 （4）在实验过程中，注意安全，避免使用有毒或有害液体。 通过以上步骤，你可以制作一个简单而实用的微型密度计，用于测量和比较不同液体的密度。 课堂练习 1．如图是用同一支密度计测量甲、乙两种液体密度时的情景，相同的两烧杯中液面相平，下列说法正确的是（　　） A．密度计上的刻度值上大下小 B．甲液体的密度比乙液体的密度大 C．甲图密度计受到的浮力比乙大 D．甲液体的密度比乙液体的密度小 D 课堂练习 【详解】因为密度计在两种液体中都是漂浮，所以浮力相等，密度计在甲中排开液体的体积大，所以甲的密度小于乙液体的密度，甲图所示的刻度小于乙图所示的刻度，所以密度计的刻度是上小下大，故ABC错误，D正确。 2．密度计是利用 （选填“漂浮”或“悬浮”）原理来测量的仪器，同一支密度计分别放置在甲、乙两种液体里均静止不动，则密度计在两种液体中所受的浮力 ，两种液体的密度 。（选填“>”、“<”或“=”） 漂浮 课堂练习 ＝ ＜ （1）小组同学用天平测出了密度计的质量为10g，将密度计放入水中并处于漂浮状态，如图甲所示，在木棒上用记号笔标出水面的位置，这就是水的密度刻度“”，此时密度计受到的浮力为 N，它在水面以下的体积为 ； 3．某兴趣小组制作了一个微型密度计，在圆木棒的一端缠绕一些铜丝，将其放入不同的液体中，它会竖直立在液体中，已知圆木棒的横截面积为。 0.1 课堂练习 10 F浮=G=mg=10×10-3kg×10N/kg=0.1N （2）假设该密度计漂浮于密度为的某液体中，密度计在该液体液面以下的体积为 ，在距离“”刻度线 cm的位置标刻“”的刻度线； 12.5 课堂练习 5 当时， 密度计在该液体液面以下的体积 在水和某液体中排开液体的体积差为 即两者在密度计上的刻度距离为 （3）用同样的方法可以标刻其他刻度，如图乙所示，微型密度计的刻度（单位：）标刻正确的是 （填标号）。 课堂练习 B 密度计使用时是漂浮在液体表面的，根据阿基米德原理和体积公式V=Sh可知，密度计浸入液面下的深度，由于密度计在不同液体受到的浮力相同，圆木棒的横截面积不变，根据可知，液体的密度与浸在水中的深度成反比，即液体的密度越大，密度计浸入水中的体积越小。由反比例关系可知，随着液体密度增大，排开液体体积变小且越往下刻度间隔越小，所以密度计的刻度上疏下密。故选B。 (1)标记处的密度值应该为 。 4．小明用一根圆柱状饮料吸管、一段细铁丝、石蜡和水等制作了一个简易密度计。调节吸管内配重使吸管成功在水中处于竖直漂浮状态（图甲），接下来他们用笔在吸管与水面接触处做标记，量出该处到吸管底部的距离。 1 课堂练习 由于吸管在水中漂浮，所以该处的密度值为水的密度，即。 (2)吸管漂浮在其他液体中时（图乙），液面下方的深度， 则 。 1.2 (3)小明又将制作好的密度计内铁丝从吸管上端倒出，缠绕到底部外侧，其他没有变化（图丙），他用这样“改装”后的密度计测同一液体密度，测量结果 （填“偏大”“偏小”或“不变”）。 偏早 课堂练习 小明将制作好的密度计内铁丝从吸管上端倒出，缠绕到底部外侧，其它没有变化（图丙），他用这样“改装”后的密度计测同一液体密度，密度计重力不变，受到的浮力不变，排开液体体积不变，由于密度计的横截面积变大，则密度计进入液体中的深度变小，导致测量结果偏大。 (1)在校内科学老师指导下，小明将密度计放在食用油中进行标刻，则你认为食用油的刻度应该标在 （填“p点”或“q点”）； p点 课堂练习 5．国庆假期、学校展开自制科学仪器的科学竞赛，小明在学习完浮力后在家自制密度计，并在家完成了水的密度的标注。 (2)如图乙所示，小明将密度计放在食用油中后发现密度计沉底，请你帮助小明，如何操作能让密度计正常使用： ； 加油或者换用更细长的容器 课堂练习 (3)小明对它能测的最小密度起了兴趣，已知小明的密度计近似是一个圆柱体，用刻度尺量出标注水的密度距密度计底端长度为L1，整根密度计长度为L2，试用已知物理量推理出该自制密度计可以标刻的最小密度值为 （水的密度用表示）。 当液体密度最小时，密度计浸入的深度最大，等于密度计整根的长度L2，根据浮力大小不变得 则可以测量的最小密度值 课堂小结 跨学科实践： 制作微型密度计 任务分解 明确任务 展示交流 制作微型密度计 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后“练习与应用”作业 自主安排 配套同步分层作业 35 2025 Thank you for watching! 谢谢观看 $$