第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 （教学课件）物理新教材人教版八年级下册

第九章 压强 第4节 跨学科实践 制作简易的活塞式抽水机 物理八年级下册 •人教版 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 通过制作简易活塞式抽水机，理解大气压在生活中的应用原理。 02 科学思维 能对比分析注射器与活塞式抽水机的工作过程，运用科学推理方法归纳两者在结构和原理上的异同点。 03 科学探究 经历从设计方案、选取材料到动手制作、调试改进的完整科学探究过程，学习使用常见工具进行操作。 04 科学态度与责任 在实践中体验科学技术与生活的密切联系，感受合作与创新的重要性，培养严谨认真的科学态度。 教学重难点 教学难点 教学重点 1.理解活塞式抽水机的工作原理，即利用大气压将水从低处压到高处的过程。 2. 能准确描述抽水机工作时活塞上下移动与阀门开闭状态之间的对应关系，并解释其对抽水效果的影响。 1.理解活塞式抽水机中两个单向阀门（进水阀和出水阀）的协同工作机制，以及它们如何确保水只能单向流动而不会倒流。 2. 在实际制作过程中，如何保证活塞与圆筒内壁之间的密封性，以及如何通过调试优化抽水机的抽水效率。 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。 本节课，我们通过制作简易活塞式抽水机一起来探究其原理。 活塞式抽水机 课堂引入 项目分析 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。 项目分析 探究新知 取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞。 用注射器不能连续不断地将水提升到高处，但是活塞式抽水机能连续不断地将水提到高处。 【情境演示】 【现象观察】 杯中的水由低处被吸到高处。 【现象分析】 吸水时，筒内气压变小，水在外界大气压的作用下被压入筒中，即水从低处升到高处。 1. 注射器的工作原理 一、活塞式抽水机的工作原理 项目分析 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。 一、活塞式抽水机的工作原理 项目分析 A B 关闭 A A 大气压 甲图：提起活塞时，阀门    关闭，大气压迫使水推开阀门   ，进入圆筒； 乙图：压下活塞时，阀门B  ，活塞下面的水推开阀门   ，涌入活塞上面； 丙图：再提起活塞时，阀门   关闭，它上面的水从出水口流出，   迫使水推开阀门B，水就进入圆筒。 一、活塞式抽水机的工作原理 项目分析 动画讲解——《活塞式抽水机的工作原理》 一、活塞式抽水机的工作原理 项目分析 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。 圆筒 选用硬塑料圆管作为机体材料,塑料轻便且耐用 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。 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。 其他辅助材料 二、活塞式抽水机的设计与选材 项目分析 视频演示——《如何制作活塞式抽水机》 三、制作活塞式抽水机 项目分析 【材料准备】 注射器、吸管、橡胶垫片、弹簧、细铁丝、电烙铁、小刀、热熔胶。 三、制作活塞式抽水机 项目分析 【制作过程】 ①将注射器的活塞取出，分开胶头与手柄，将手柄的前端用电烙铁烙出几个小孔，用小刀在胶头中心切出一个未切断的洞口（切一半留一半），制成单向阀门。 ②将注射器针筒的后端用电烙铁烙出小孔，插上吸管后用热熔胶粘合，制成出水口。 三、制作活塞式抽水机 项目分析 【制作过程】 ④将改装后的活塞重新套入针筒中，就制成了一个如图⑤所示的简易活塞式抽水机。 ③用废弃的圆珠笔笔盖底部的橡胶垫片、弹簧以及一根细铁丝按图甲所示的顺序组装后，再放入针筒底部，另一个单向阀门就做好了。 ⑤ 解决问题 活塞式抽水机是利用大气压把水抽上来的，所以抽水机提升水的高度有上限。 根据p=pgh可知，提升水的最大高度： h=. 活塞式抽水机由于密封程度不好等原因，提水的高度达不到 10.3 m. 一、活塞式抽水机提升水的最大高度 解决问题 (1)材料选择： 使用轻质、强度高的材料制作圆筒,能减轻整体重量,便于操作。同时制作圆筒的材料如果是透明的效果更好,以便演示时可观察到其内部情况。 二、活塞式抽水机的优化方案 解决问题 (2)结构改进： ①增强密封性：活塞与圆筒之间的密封好坏是抽水机制作成功与否的关键.可以采用高质量的密封圈来减少漏水,提高抽水效率.同时确保所有连接部位尽量紧密,以减少空气进入. ②活塞设计：应考虑到其上下运动的顺畅性,优化形状和表面处理,使其更光滑,减少摩擦力. ③进水管和出水管的设计应便于连接和使用，同时保证水流的畅通无阻。 二、活塞式抽水机的优化方案 解决问题 (3)操作方法： 在使用抽水机时,应确保进水管口浸在水中的深度足够,以保证吸水效果。活塞的上下运动应保持稳定和匀速,避免过快或过慢,以维持稳定的抽水效率。 二、活塞式抽水机的优化方案 解决问题 三、解决问题 解决问题 【典例1】如图所示，活塞式抽水机的压柄的A端被压到最低。根据你的观察和思考，关于活塞式抽水机的出水口位置的几种说法，正确的是（　　） A．只能在活塞的上方 B．只能在活塞的下方 C．可在活塞的上方或下方 D．可以与进水口合二为一 A 【详解】活塞式抽水机的出水口只能在活塞的上方，这样提起活塞时，活塞上面的水迫使上面阀门关闭，水从侧管流出，避免水倒流回活塞下方，故A正确，BCD错误。 三、解决问题 解决问题 【典例2】（24-25八年级下·河南郑州·期中）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，活塞下面的空气稀薄，气压 （填“大于”或“小于”）外界的大气压，于是，低处的水在大气压作用下推开阀门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，水从出水管流出。 小于 A A 课堂小结 课堂小结 探究新知 课堂练习 课堂练习 探究新知 C 1. 活塞式抽水机模型，如图所示，当活塞不断上升时，拉力F的大小及水对活塞的压强p将（ ） A．F先增大后不变，p不变 B．F先减小后增大，p先减小后不变 C．F先增大后不变，p先减小后不变 D．F、p都不断增大 课堂练习 探究新知 【详解】当活塞不断上升时，抽水机内的水柱高度不断增加，由于大气压大于水柱产生的压强，故多余的压强传递给活塞； 即水对活塞的压强p=p大气﹣ρ水gh，大气压不变，随着h的增大，根据前面关系可知，水对活塞的压强减小； 但当水柱被提升到10米多点时，水柱就不会再升高（一个标准大气压支持大约10米高水柱），活塞与水柱分离，水对活塞的压强减小为0并保持不变；即整个过程中，水对活塞的压强p先减小后不变． 课堂练习 探究新知 当活塞与水柱没有分离之前，以活塞为研究对象，受力情况如图所示（不计活塞重力）： 可以认为是匀速拉动活塞的，根据力的平衡条件有：F+F水压=F大气  ， 所以，拉力F=F大气﹣F水压=F大气﹣p水S活塞…………..① 根据前面分析可知，水对活塞的压强先减小，由①式可知，拉力先增大（大气压力不变）． 当水柱高度达到10米多点时，由于水不会再上升，水对活塞的压强减小为0并保持不变，则拉力增大到等于大气压力后也不再变化． 即整个过程中，拉力F先增大后不变． 故选C 课堂练习 探究新知 2．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，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 B 课堂练习 探究新知 3．（24-25八年级下·安徽安庆·期中）如图，是小雷同学根据设计图制作的简易活塞式抽水机，将圆筒放到装有水的盆中，上下抽动活塞，水就被抽了上来。结合自己操作中观察到的现象，他做了如下总结，其中正确的是（   ） A．抽水机是利用流体压强与流速的关系的原理工作的 B．在一个标准大气压下，活塞式抽水机提升水的最大高度可以达到 C．当压下活塞时，此时阀门B打开，阀门A关闭 D．抽水时，活塞向上运动，阀门A关闭，阀门B打开 D 课堂练习 探究新知 4．（24-25八年级下·河南洛阳·期中）活塞式抽水机是利用 把水从低处抽到高处的。使用时如图所示，提起活塞，阀门B （选填“打开”或“关闭”），低处的水冲开阀门A进入圆筒；当下压活塞时，阀门A被水压下而 （选填“打开”或“关闭”），水冲开阀门B涌到活塞上面；再提起活塞时，活塞上面的水迫使阀门B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A进入圆筒。这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断地流出。 大气压 关闭 关闭 课堂练习 探究新知 5．（24-25八年级下·云南昭通·期中）阅读材料，回答问题。 在日常生活中，装有洗手液或洗发液的瓶子，其瓶盖都是按压式的，如图甲所示。按压式瓶盖的工作原理是什么呢？液体是怎么“吸”上来的？ 洗手液瓶中有个按压式吸液结构，它由导液管、进液阀门、弹簧、活塞、出液阀门、出液管、储液筒等组成，如图乙所示，其中进液阀门和出液阀门是塑料小球，进液阀门位于弹簧下端，出液阀门位于活塞上端。 课堂练习 探究新知 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。 课堂练习 探究新知 (1)按压式瓶盖的工作原理和（　　）原理相同。 A．活塞式抽水机 B．飞机机翼 C．液体压强计 (2)向下按压后松手时，液体从导液管通过进液阀门进入储液筒，是因为瓶中气压 （选填“大于”“小于”或“等于”）储液筒中气压。 (3)如果在使用按压式洗手液瓶时，故意将瓶盖与瓶口之间留一条缝隙（即不密封），反复按压活塞 （选填“能”或“不能”）挤出洗手液，请说明理由： 。 A 大于 能 瓶内气压始终与外界大气压相同 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 物理八年级下册 •人教版 Lavf58.46.101 $