第5章 实践 制作水油沙漏-【优化设计】2025-2026学年新教材八年级上册物理同步测控全优设计(沪科版2024)

实践 制作 【资料搜集】 沙漏也叫做沙钟，是一种测量时间的装置。西方 沙漏由两个玻璃球和一个狭窄的连接管道组成的。通 过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底 部玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。一旦所有 的沙子都已流到玻璃球的底部，该沙漏可以被颠倒以 测量时间了，一般的沙漏有一个名义上的运行时间 1分钟。中国古代发明一种类似的东西叫做“漏刻”，也 叫漏壶。漏刻最早记载见于《周礼》。 水油沙混的原理主要基于水和油的密度差异以及重 力作用。当水和油混合时，由于油的密度小于水，油会上 浮到水的上面。这种装置可能利用这一物理现象来设计 一个视觉上的计时器。例如，可以通过观察油从水的下面 上升到水的表面的时间来测量一段时间。这种装置可能 包括一个透明的容器，初始时油位于水的下方，通过观察 油上升到水的表面的时间来计量时间。 【实验探究】 1.小华看见沙漏中的沙子流下时，看上去是连续的，他 经过放大后观察，发现沙子是 (选填 “连续的”或“不连续的”)，这是因为沙子是由细小颗 粒组成的。因此，他联想到水流，如果经过高倍放大 后，水流应是 (选填“连续的”或“不连续 的”)，这是因为水是由分子组成的。 2.我国古籍《史记·夏本纪第二》记载：“禹乃遂与益、后稷 奉帝命，命诸侯百姓兴人徒以傅土，行山表木…左准 绳，右规矩”。”其中，“表木”“准绳”“规矩”主要是测量 的工具。《诗经·国风》记载：“定之方中，作于 楚宫。揆之以日，作于楚室…”。这是关于圭表的较 早记述。圭表、刻漏、沙漏、水运浑天仪等古代器具是测 量 的工具。 3.小金收到一个新年礼物一沙漏，他在观察沙漏的 过程中产生了一个疑问：“有什么办法能使沙漏中的 沙子更快漏完？”他提出了以下猜想： 猜想一：左右摇晃沙漏可以使沙子更快漏完： 猜想二：上下摇晃沙漏可以使沙子更快漏完： 猜想三：拍打沙漏顶部可以使沙子更快漏完： 小金设计了如下的实验： 组别 A B C D 操作 左右摇晃上下摇见 拍打顶部 用时/s 300 260 360 308 (1)表格中“？”处应填 (2)以上实验可以得出的结论是 (写出一条即可) (3)请指出该实验需要改进之处： 实践制作水油沙漏。物理 水油沙漏 4.小明和小华在玩游戏时突发奇想：不用秒表等现代 计时工具能否研究玩具小车的速度变化情况？为 此，他们自制了一个沙漏，将沙漏安装在小车上，小 车沿平直地面运动时打开沙漏，沙子由漏斗口漏到 地面上。通过分析漏到地面上的沙子来研究小车的 速度变化。 (1)沙漏是历史上第一个不依赖日月运行等天文现 象用来 (选填“测量长度”或“计时”)的 工具。 (2)请你对他们的实验操作过程提一条合理化建议： (3)经过多次改进后，他们的设计和操作所带来的误 差均可忽略。如图所示分别是他们在实验中记 录地面上不同段沙子的图片，其中甲图为俯视 (从正上方看)图，乙图为侧视（从侧面看）图，通 过分析图片回答下列问题： ①甲图中AB段 (选填“一定”或“不一 定”)做匀速运动。 ②可以比较甲、乙两图中 (选填“A、B”或“C、 D”)两点的速度大小，得到点速度较大，请简 要说明理由： D 5.阅读《计时的历史》一文，回答问题： 计时的历史 是空浩瀚，地球章动，四季更替，草木枯荣。从 人类意识觉醒开始，“时间”便如影随形。在上古时 代，人们就已经意识到可以根据太阳或月亮的周期 性变化米认识抽象的时间。以太阳的东升西落为基 准，人们总结出“天”这样的标准时间单位，来为抽象 的时间赋予具体化的意义。后来人们开始发展更加 精密的计时仪器。中国最晚到隋朝，人们就已经建 造起来显示一天中各个时间的日晷了，它利用了太 阳东升西落的规律性运动在影子上的反映。西方则 在公元1100年左右出现沙漏这样的计时装置，用沙 子从一个容器漏到另一个容器的时间作为基准来进 行计时。1656年人们正式开始使用单摆的周期性运 动为基准来建造摆钟，将一天时长平分为86400份， 取其一份为秒的定义。从古代根据天体运行，到今 天我们采用原子钟来计时，这些工具的发展体现了 不同时代劳动人民的智慧。 计时工具大多是以某种规则运动的周期（完成 一次规则运动所用的时间)为基准计时的，比如日晷 101 物理/第五章质量与密度 以日地相对运动的周期为基准：机械摆钟以摆的摆 动周期为基准。选作时钟基准的运动周期越稳定， 测量时间的精准度就越高，就越适合作为时间单位 的标准，这个理念也同样出现在其他物理量标准单 位的定义中。我们知道，我国北方的夏天白昼时长 比冬天时要长很多，因此日晷的精准度会显著地被 季节影响。在1967年前，秒的标准通常基于一个太 阳日（即太阳相对地表东升西落的周期）或者一个回 归年（即太阳直射点两次到达北回归线的时间间隔） 作为基准，并基于此来定义秒的标准。但由于天体 运行终究不够稳定，地球除了太阳也受到如木星这 样的其他天体的影响，这种方法的精确程度仍然不 够可靠。在1967年，国际计量大会将“1秒”重新定 义为铯133原子辐射电磁波振荡9192631770个周 期的持续时间。原子钟以原子释放能量时发出电磁 波的振荡周期为基准，受到量子力学规律的保护，电 磁波的振荡周期拥有极高的稳定性，这使得原子钟 的计时精准度可达每百万年才差1秒。 计时工具的演变，展现了人类“时间文化”的进 程，更彰显出人类精益求精、不断探索、追求卓越的 科学精神。 (1)原子钟可以作为计时的基准钟，依据的是原子辐 射电磁波振荡周期的 (2)下列物体相比较，最适合提供时间单位标准的是 (填写正确选项前的字母)。 A.摆动的小球 B.沿直线运动的汽车 C.静止的书本 (3)下列事物相比较，最适合提供长度单位标准的是 (填写正确选项前的字母)。 A.国王的脚长 B.全球人口的平均身高 C.地球到太阳的最远距离 (4)在实际生活中会出现各种“标准”。请你结合对 文中对时间“标准”的理解，除文中提到的实例 外，再列举一个“标准”，并说明该“标准”在具体 实例中是如何应用的。 【拓展研究】 1.圭表，由“圭”和“表”两个部件组 成，是度量日影长度的一种天文仪 器，通过观察记录它正午时影子的 长短变化可确定季节变化。下列 现象与“圭表”工作原理相同的是( A,天狗食日 B.镜花水月 C.海市盛楼 D.雨后彩虹 2.古代人们利用阳光下物体影子的变化规律制成日 102 晷，利用沙子从一个容器漏到另一个容器的数量制 成沙漏，这些都是我国古代劳动人民测量 (选填“长度”或“时间”)的工具。 3.阅读材料，回答问题。 圭表与二十四节气 图甲中的圭表是我国古代的重大发明。表是垂 直立于地面的标杆，圭是正南正北方向水平放置的 尺。用它测量正午时表影的长度，从而确定一年的 时间和季节。 战国时已经采用水面来校正圭使其水平，用铅 垂线来校正表使其与圭垂直。由于光的散射和漫反 射等的影响，早期圭表的表影边缘模糊不清，影响测 量表影长度的精度。元代天文学家郭守敬对圭表进 行改进与创新，他将表的高度增加到原来的五倍，且 在表顶加一根架空的横梁他还发明了景符，用小孔 成像原理可以在圭面上形成太阳和梁的清晰像，把 确定表端影的位置变为确定梁影中心的位置，较大 提高了测量的精度，如图乙所示。 通过测量正午时表影长短的变化，推算出一回 归年为365.25天，按照季节变化将一年划分为二十 四节气（如图丙），用以指导生活和农业生产。 2016年11月30日，联合国教科文组织批准“二 十四节气”列入人类非物质文化遗产代表作名录。 以圭表为代表的我国古代的科技成果，闪耀着智慧 的光芒，激励着我们攀登新的科技高峰。 。横梁 景符 小大立处白秋寒霜立小大冬 暑暑秋暑露分露降冬雪雪至 夏芒小立谷清春惊雨立大小 至种满夏雨明分蛰水春寒寒 (1)郭守敬提高测量精度的措施有 (2)一年中，学校的旗杆正午杆影最长的是二十四节 气中的 (3)地面上深10cm,面积为1m的水池装满水，在 相同时间内，太阳光垂直照射水面使水升高的温 度为△查，与水平方向成60°照射水面使水升高 的温度为△t绑，则△直：△t= (忽路 其它因素的影响)。14(1)水平零刺度线有(2)@80104.2 3145上不 解新1》如图甲，夫平秋在水平工传也上，牌游码移至 标尺走域的幸刻准能龙，支限密什向左码，视男在线 下沉，右地上魏，所以平断网号向右调节 (2)D如餐乙，量精中畅茶岭像软V一物l=们时， ①困丙，杯中树条判茶和烧辄时座量为解，=100g (3)量绣内每系的度量n如属一而=1能2后一州.2x R 8兰-L.0明8/ 一号可和测得的官成端大 等委养 5[实爱步(2)量销相本裤(3》气 [实要参骤](1)天平（姓码》绕解〔2）烈度尺 [实验分析冰块解化，导登测量的棱长偏小 专题12用其他方法期量物黄的密度 .1DA平衡 〔)两个陵璃杯的黄戴虞积不完余阳哥（合理即可） 解断(1①天平上的博号要移利标尺走端的家耐度我 处边量取相同质量蜂堂用清和水③的。票别：：希机 V:■X5,丽4“V,=h,XS:會花出 一云2们逢成先登医差的原眉是多为角的：求和 油的高使测量不津确、清的墙量测量不准偏，殖璃杯的 小玉石密度的表达式为”一可 的 从烧标中出时，石上会沾有水，所测可 石的体标幅大，标摇密度会式P一，湖保的矿石健震 小 4(》浸没二四 解丽石晚逸杯的水中卖是说，感样特不衣的保权才 无石块的年机，石块的体和V一V。= (400 帝可制，献直浸在童简中，水对的V 4间m,的岭量=1日 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