10.4 跨学科实践：制作微型密度计 ----2024-2025学年人教版物理八年级下学期

第十章 浮力 第4节 跨学科实践：制作微型密度计 跨学科实践：制作微型密度计 3、液体的密度越大，排开液体的体积越小，密度计浸入液体中越浅，密度计的位置越高。 1、刻度的特点：刻度是上小下大，上疏下密。 2、工作条件： 漂浮：F浮＝G物 跨学科实践：制作微型密度计 项目提出 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，使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。 跨学科实践：制作微型密度计 项目分析 要制作一个微型密度计，你需要完成以下任务： 1.设计一个密度计能放入100ml小瓶酒精中进行测量；并能鉴别所测酒精的密度是否合格。 2.合理选择器材进行制作和调试，完成作品。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 为了完成微型密度计的设计，我们将大问题拆分成小问题进行研究。问题如下： 1、要能放进100ml小瓶酒精中进行测量？ 减小密度计的体积 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 2、放入盛满酒精的小瓶后可能会使酒精溢出？ 酒精会溢出，说明密度计浸入液体的体积大了，而浸入液体的体积 等于排开液体的体积，所以需要减小密度计排开液体的体积。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 2、放入盛满酒精的小瓶后可能会使酒精溢出？ 减小密度计排开酒精的体积 阿基米德原理可得 F浮＝ρ液V排g 密度计 漂浮 F浮＝G物 G物＝m物 g 液体密度一定时 减小密度计质量 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 例：一个小瓶子的容积有100 ml，微型密度计测量时排开酒精的体积约为 1～2 mL，消毒酒精的密度约为 0.87×103 kg/m3，微型密度计的质量设计为多大合适？ 因为漂浮， 所以F浮=G物， 即G排酒精=G密度计 即m密度计=m排酒精=ρ酒精V=0.87×103 kg/m3×2×10-6 m3=1.74×10-3 kg=1.74 g。 我们设计的微型密度计的质量应该为1-2g左右。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （1）可以认为消毒酒精的密度为0.86×103 kg/m3~0.88×103 kg/m3是合格的，如图是同一支密度计漂浮在0.86×103 kg/m3、0.88×103 kg/m3两种酒精液体中有何差异？ 排开酒精的体积不同，浸入酒精的深度不同。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （2）如图两个杯中分别为甲、乙两种酒精，其中一种密度为为0.86×103 kg/m3，另一种密度为0.88×103 kg/m3，将密度计置于甲酒精中，液面与A位置的刻度线平齐；将同一密度计置于乙酒精中，液面与B位置的刻度平齐。请判断甲酒精的密度是0.86×103 kg/m3还是0.88×103 kg/m3？为什么？ F浮＝G物 密度计漂浮 阿基米德原理可得 F浮＝ρ液 V排 g 密度计在密度小的酒精中排开液体的体积最大，浸入的更深。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （2）如图两个杯中分别为甲、乙两种酒精，其中一种密度为为0.86×103 kg/m3，另一种密度为0.88×103 kg/m3，将密度计置于甲酒精中，液面与A位置的刻度线平齐；将同一密度计置于乙酒精中，液面与B位置的刻度平齐。请判断甲酒精的密度是0.86×103 kg/m3还是0.88×103 kg/m3？为什么？ m＝ρ液 V排 密度计在密度小的酒精中排开液体的体积最大，浸入的更深。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （3）若要用该密度计测量时，合格酒精的页面会在什么区域？ A、B之间 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （4）为了便于观察分辨，A、B的长度不能太小。A、B的长度跟什么因素有关？ 由圆柱体体积公式 V＝Sh 得： 　　A、B 间的长度 Δh 跟密度计在两种酒精中排开酒精 体积的差值 ΔV 排和标度杆的横截面积 S 有关。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （5）设计的微型密度计的质量约为 1 g，合格的消毒酒精的密度在0.86×103 kg/m3 和 0.88×103 kg/m3 之间，你能计算出 A、B 刻度所对应的排开液体体积差值吗？ 应用密度计的原理分析： 　　 代入数据计算得到 A、B 刻度所对应的排开液体体积差值约为 0.026 mL。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （5）设计的微型密度计的质量约为 1 g，合格的消毒酒精的密度在0.86×103 kg/m3 和 0.88×103 kg/m3 之间，你能计算出 A、B 刻度所对应的排开液体体积差值吗？ 应用密度计质量设计中的结论 ： m计＝ρ液V排 得 　　 代入数据计算得到 A、B 刻度所对应的排开液体体积差值约为 0.026 mL。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 3、要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？ （6） 排开酒精体积的差值为0.026 mL，设定A、B间的长度为4mm，标度杆的直径应等于多少？ 　　应用体积变形公式 　　　　　　　　　S＝ － 　　计算得到标度杆的横截面积不得大于 0.07 cm2，对应的直径约为 3 mm。所以判断 100 mL 酒精是否合格的微型密度计标度杆可以选用直径约为 3 mm 塑料吸管。 VAB Δh ΔV排 Δh 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 4、观察微型密度计的结构，除了用塑料吸管作为标度杆以外，还需要设计密度计的哪些构造？ （1）将塑料吸管放入酒精中，发现不能竖直漂浮，如何实现竖直漂浮呢？ 可以增加塑料吸管一端的质量，使塑料吸管的这 一端下沉，具体做法是在其一端缠绕细铁丝， 增加这端配重。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 4、观察微型密度计的结构，除了用塑料吸管作为标度杆以外，还需要设计密度计的哪些构造？ （2）增加配重后密度计触底了，无法漂浮，怎么实现漂浮？ 增加一个浮子。 微型密度计的构造图 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 制作微型密度计的材料： (1)浮子：可以用小泡沫塑料球作为浮子，也可以太空泥（注意：不是橡皮泥），或较厚的双面胶 (2)标度杆：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。但要注意其直径应约为3mm。 (3)配重：可以在实心塑料杆下端缠上若干圈细铁丝。 跨学科实践：制作微型密度计 项目实施 把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。 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。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。 跨学科实践：制作微型密度计 展示交流 1.老师准备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？ 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。 跨学科实践：制作微型密度计 展示交流 要解决的问题 解决方法或需要设计的物理量 1 要能放进 100 mL 小瓶酒精中进行测量   2 放入盛酒精的小瓶后可能会使酒精溢出   3 测量时要能竖直漂浮在水面上   4 增加配重后放入酒精中会下沉   5 漂浮在密度相差不大的酒精中时，液面在标度杆上的位置变化可能很小 　回顾设计过程，我们经历和解决了哪些问题？ 减小密度计的体积 设计密度计的质量 1~2 g 左右 增加配重 增加浮子 设计标度杆的直径 跨学科实践：制作微型密度计 课堂练习 1.物理兴趣小组的同学制作了一个简易密度计，分别放入盛有不同液体的两个烧杯中，静止时液面相平如图所示，密度计在液体中受到浮力F甲 F乙， 液体对杯底的压强p甲 p乙。（均选填“＜”“=”或“＞”） = ＜ 跨学科实践：制作微型密度计 课堂练习 2. 检验微型密度计是否合格,是在测量时把微型密度计放入装有潥的小瓶中, 能处于　 　 状态,则为合格。 此时,密度计的重力　 　 浮力。 3. 制作时把塑料吸管的下端用蜡封口并缠铁丝,目的 .。 漂浮 等于 使吸管能在液体中竖直漂浮 跨学科实践：制作微型密度计 课堂练习 4、利用塑料笔芯自制密度计，同款的新笔芯和用了一半油墨的旧笔芯应该选用 。将所选笔芯放入水中，它能 漂浮在水中，在笔芯上标出水面的位置A；将笔芯放入酒精中，仍可飘浮，标出液面的位置B，如图所示。改笔芯漂浮在水中和酒精中时受到的浮力大小 。已知水的密度ρ1=1 g/cm3， 酒精的密度ρ2=0.8 g/m3，若笔芯漂浮在密度为ρ3=0.9 g/cm3的液体中，则液面对应的位置可能是 （选填“C”或“D”）。 旧笔芯 竖直 相等 D 跨学科实践：制作微型密度计 $$