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

第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机（教学设计） 年级 八年级 学科 物理 课时数 1课时 教师 飞哥物理 课题 第4节 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 教学 目标 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。 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。 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。 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。 教材 分析 本课题承接固体压强、液体压强、大气压强的核心知识，是“从物理到社会”的重要实践载体。教材以“制作简易抽水机”为核心任务，引导学生将大气压强知识转化为实践能力，既巩固了“大气压强产生原因”“气压差驱动物体运动”等知识点，又为后续学习流体压强、简单机械等内容奠定基础，在力学知识体系中起到“知识应用—实践升华”的作用。 教材遵循“原理先行—实践落地”的逻辑，先简要介绍活塞式抽水机的工作原理，再引导学生利用常见材料制作简易装置，注重“低成本、易操作、强互动”的特点。通过制作与调试，让学生直观感受大气压强的实际应用，突破“抽象压强”到“具象装置”的认知壁垒，同时培养动手能力与创新思维，符合八年级学生“从理论到实践、从具象到抽象”的认知规律。 学情分析 八年级学生已具备一定的物理基础知识，对大气压的存在及应用有初步认知，如吸盘挂钩、吸管喝饮料等生活现象。在动手能力方面，他们经过小学科学和初中前期的实践活动，已掌握剪刀、胶带等基本工具的使用方法，但在精密操作和工具规范使用上仍需指导。思维发展上，八年级学生正处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，对直观的实验和动手制作兴趣浓厚，能通过观察、对比进行初步的分析与归纳，但在将物理原理转化为实际装置的设计能力上存在不足，尤其对单向阀门的作用、活塞密封性等关键结构的理解可能不够深入。此外，学生在小组合作中可能出现分工不均、沟通不畅等问题，需要教师在活动过程中进行引导和协调，以确保实践活动的顺利开展。 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。 教学难点 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。 教学器材 多媒体课件（含工作原理动画、制作步骤视频、故障分析图解）、实物投影仪、成品简易活塞式抽水机（2-3个，不同方案）、拆解式抽水机模型（展示内部结构）、制作材料示范样本、工具套装（剪刀、打孔器、胶水、镊子）、密封材料（橡皮泥、防水胶带、海绵）、水桶、水、记号笔、刻度尺、抹布。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 1.情境铺垫 教师播放多媒体课件，展示两组图片/短视频：① 农村灌溉用的活塞式抽水机工作场景；② 老式水井抽水机的结构与操作过程。提问：“这些抽水机没有外接动力，为什么能将地下的水抽上来？核心动力来源是什么？” 2.复习旧知 引导学生回顾大气压强知识，提问：“1标准大气压能支撑多高的水柱？（约10m）这一特点与抽水机的工作有什么关联？” 学生回答后，教师总结：抽水机的核心工作原理就是利用大气压强与缸内气压的差值，将水吸入并排出。 3.引出课题 教师展示成品简易抽水机，演示抽水效果，激发学生兴趣：“今天我们就利用常见材料，制作一台简易活塞式抽水机，探究它的工作原理，体验动手实践的乐趣。” 引出课题《第九章 第四节 制作简易活塞式抽水机》。 观看视频与成品演示，结合生活经验思考抽水机的工作动力 回顾大气压强相关知识，回答教师提问，建立知识关联，并明确本节课的核心任务 学习新课 一、活塞式抽水机的工作原理（7min） 1.结构解析： 教师展示拆解式抽水机模型，结合动画演示，讲解核心组件及作用： （1）缸体：容纳水与活塞，提供密封空间，保证气压变化有效； （2）活塞：在缸体内上下运动，改变缸内气压； （3）单向阀门（2个）：进水阀、出水阀； （4）进/出水管：进水阀连接进水管（伸入水中），出水阀连接出水管（导出水流）。 2.冲程讲解（结合动画分步演示）： （1）吸气冲程：活塞向上运动，缸体内体积变大，气压减小（小于外界大气压），外界大气压将水桶中的水通过进水管压开进水阀，进入缸体，此时出水阀因缸内气压小而关闭； （2）排水冲程：活塞向下运动，缸体内体积变小，气压增大，缸内水受到压力，压开出水阀，通过出水管排出，此时进水阀因水的压力而关闭； （3）循环工作：反复上下拉动活塞，吸气、排水冲程交替进行，实现持续抽水。 3.核心总结： 教师强调：“抽水机的核心是‘通过活塞运动改变缸内气压，利用内外气压差驱动水的流动’，两个单向阀门的单向导通性是保证抽水顺利进行的关键，一旦阀门失效（无法关闭或打开），抽水机将无法工作。” 观看视频，了解抽水机的组成及作用 跟随老师的讲解，知道吸气和排水冲程的工作原理 知道了抽水机的核心原理和单向阀的重要性 学习新课 二、简易抽水机的制作与组装（20min） 教师先演示制作步骤，强调工具使用安全（剪刀、打孔器需规范操作，热熔胶枪避免烫伤），再指导学生分组制作，每组分工：1人负责缸体与活塞制作，1人负责阀门与管道制作，1人负责组装与密封，1人负责记录与协助，教师巡视指导，重点关注薄弱小组。 1.步骤1：制作缸体（5分钟） （1）取500mL透明塑料瓶，用剪刀沿距离瓶底15-20cm处剪开，去掉上半部分，保留底部圆柱部分作为缸体； · 用记号笔在缸体底部（侧面下方）标记两个小孔（间距2-3cm），孔径与塑料软管直径匹配，分别作为进水孔、出水孔； · 用打孔器小心打孔，避免孔边毛刺（毛刺会影响管道密封），若孔径过大，可用橡皮泥辅助密封。 2.步骤2：制作活塞与连杆（5分钟） （1）取与缸体内径匹配的橡胶塞，在橡胶塞中心用铁钉扎一个小孔（孔径略小于细木棒直径）； （2）将细木棒插入小孔，用热熔胶枪在橡胶塞上下两端固定（防止连杆松动），作为活塞连杆； · 在橡胶塞侧面包裹一层薄海绵（用胶水固定），增强活塞与缸体的密封性（海绵厚度以能轻松上下运动且不漏气为宜）。 3.步骤3：制作单向阀门（5分钟） · 取2片薄塑料片（或硬纸板剪取，尺寸略大于进水孔、出水孔），作为阀门叶片； · 在缸体外侧，进水孔、出水孔的上方分别用热熔胶固定塑料片（仅固定一端，另一端可自由开合），确保塑料片能覆盖小孔，实现单向导通（水从外侧流入时推开阀门，从内侧流出时关闭阀门）； · 可选优化：在阀门叶片下方粘贴小弹簧（一端固定在缸体，一端连接叶片），辅助阀门复位，增强密封性。 4.步骤4：组装与密封（5分钟） · 将两根塑料软管分别插入进水孔、出水孔，插入长度约2cm，在缸体外侧用橡皮泥或防水胶带缠绕接口，确保密封（无漏水、漏气）； · 将活塞（带连杆）缓慢放入缸体，测试活塞运动是否顺畅（无卡顿、无明显漏气），若卡顿，修剪海绵厚度；若漏气，补充海绵或橡皮泥； · 将进水管另一端伸入水桶（水深不少于5cm），出水管对准空容器，完成组装。 1.明确小组分工，牢记工具使用安全要点，跟随教师演示学习制作方法； 2.分组动手制作，规范操作工具，精准组装各组件，重点做好密封处理； 3.组装完成后，初步测试活塞运动与密封情况，记录制作过程中的问题。 学习新课 三、装置调试、故障处理与效果展示（8min） 1.初步调试： 学生分组上下拉动活塞（速度均匀，幅度适中），测试抽水效果，观察是否能吸水、排水，记录现象。 2.常见故障分析与处理（教师引导，小组讨论解决，课件展示故障对照表）： 故障1：不吸水。 原因：① 缸体密封不严（活塞与缸体间隙过大、管道接口漏气）；② 进水阀失效（无法打开、密封不严）；③ 进水管未完全浸入水中。处理：① 补充海绵、橡皮泥增强密封；② 调整阀门叶片位置，更换损坏的塑料片；③ 将进水管完全浸入水中，排出管内空气。 故障2：吸水但不排水。 原因：① 出水阀失效（无法打开、密封不严）；② 活塞向下运动时气压不足（密封不严）。处理：① 检查出水阀叶片，清理异物，调整位置；② 强化活塞密封，增大活塞运动幅度。 故障3：排水不畅、水流细小。 原因：① 阀门开启角度小；② 管道孔径过小；③ 密封处轻微漏气。处理：① 修剪阀门叶片，增大开启角度；② 更换较粗的塑料软管；③ 加固密封处，排除漏气点。 3.效果展示： 邀请调试成功的小组上台演示，分享制作经验与调试技巧；对未成功的小组，教师针对性指导，协助排查故障，确保大部分小组实现抽水效果。 4.拓展思考： 教师提问：“为什么我们制作的抽水机抽水高度较低（通常20-30cm），远小于理论值10m？” 引导学生回答：① 简易装置密封性能差，气压损失大；② 活塞运动产生的气压变化有限；③ 阀门密封性不足，存在漏水漏气，明确理论与实践的差异。 【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 【答案】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。 故选A。 【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。 【答案】 小于 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。 [2]当压下活塞时，阀门B受水的压力而关闭，水不能向下流，于是在水的压力作用下，水冲开阀门A进入圆筒的上部。 [3]再提起活塞时，活塞上面的水使阀门A关闭，水被活塞提起，从出水口中流出来。 结合老师讲解，知道了抽水机常见故障分析与处理的方法 思考分析制作的抽水机吸水高度远小于理论10m的原因 通过例题练习，进一步理解活塞式抽水机的工作原理 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 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 【答案】C 【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． 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． 点睛：以活塞为研究对象，对其进行受力分析，得出当拉动活塞不断上升时，拉力F和水对活塞的压强p的变化情况． 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 【答案】B 【详解】A．抽水机是先将筒内的空气排出，使其内部压强较小，水在外界大气压的作用下被压到高处，所以抽水机是利用大气压工作的，故A正确，不符合题意； B．在图甲中，当用力在Q处向下压手柄PQ时，手柄上的P点对活塞一个向上的力，由于物体间力的作用是相互的，活塞对P的作用力是向下的，故B错误，符合题意； 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，形成一个闭合的空间，所以水被阻不能向下流动，故C正确，不符合题意； D．抽水机是利用大气压来工作的，已知大气压强为，水的密度，则由可得， 则一标准气压能支持10m高的水柱，故抽水机提升水的最大高度约为10m，故D正确，不符合题意。 故选B。 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 【答案】D 【详解】A．活塞式抽水机是利用大气压把水抽上来的，故A错误； B．在一个标准大气压下，由可知支撑的水的高度，故B错误； C．当压下活塞时，阀门A打开，阀门B关闭，故C错误； D．由活塞式抽水机的工作过程可知，活塞向上运动时，阀门A关闭，在大气压作用下活塞下面的水推开阀门B进入筒中，故D正确。 故选D。 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。 【答案】 大气压 关闭 关闭 【详解】[1][2][3]活塞式抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处。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。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。 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。 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。 (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： 。 【答案】(1)A (2)大于 (3) 能 瓶内气压始终与外界大气压相同 【详解】（1）按压式瓶盖通过活塞的往复运动实现液体的吸入和排出，与活塞式抽水机的工作原理一致，均利用气压差和阀门控制液体流向。飞机机翼依赖流体压强差产生升力，液体压强计用于测量液体内部压强，均不符合题意，故选A。 （2）松手时活塞上移，储液筒容积增大，内部气压减小，而瓶内气压保持不变，形成瓶内气压大于储液筒气压的条件，液体在大气压作用下通过导液管进入储液筒。 （3）[1][2]瓶盖留缝隙时，瓶内气压始终与外界大气压相同。按压时储液筒内气压增大使液体流出；松手时筒内气压减小，外界大气压通过缝隙作用在液面上，仍能推动液体进入储液筒，故不影响使用。 6．（24-25八年级下·山东青岛·期末）如图甲所示，活塞式抽水机是利用 把水从低处抽到高处的。图乙是某小组用自己制作的简易活塞式抽水机抽水的情景。将塑料片粘在活塞上作为阀门A，把玻璃球放到瓶子里作为阀门B，该抽水机的结构如图丙所示。使用时，向上提起活塞，阀门 关闭，筒内气压 ，低处的水冲开阀门B进入筒内；向下压活塞时，阀门 关闭，水受阻不能向下流动，冲开阀门 ，进入圆筒的上部。 【答案】 大气压 A 变小 B A 【详解】[1]抽水机是将活塞下的空气排出，使其内部压强较小，水在外界大气压的作用下被压到高处。所以，活塞式抽水机是利用大气压把水从低处抽到高处。 [2][3]由图知道，简易活塞式抽水机在使用时，提起活塞时，阀门A受到重力的作用而关闭，活塞下面的空气体积增大，空气变稀薄，气压小于外界大气压，于是，水在大气压的作用下推开阀门B进入筒内。 [4][5]当压下活塞时，阀门B受水的压力而关闭，水不能向下流，于是就冲开阀门A进入圆筒的上部；再提起活塞时，活塞上面的水使阀门A关闭，水被活塞提起，从侧管中流出来。 7．（24-25八年级下·广东深圳·期末）某学习小组开展了“制作简易活塞式抽水机”的实践活动，活动过程如下，请帮助完成相关内容： 【项目实施】 任务一：了解抽水的工作原理 (1)如图甲所示取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，就能看到水在 的作用下从低处升到高处，理想情况下，水提升的最大高度是 m（一个标准大气压，g取10N/kg，）。 任务二：了解活塞式抽水机的工作过程 通过查阅资料，了解到活塞式抽水机的工作过程如图乙所示。 任务三：设计制作活塞式抽水机 小明参照图乙所示的结构，选取一个用来装洗涤液的空瓶子，一根筷子，一块塑料片，一个小球，一块橡皮膏，一根塑料管制作成了一个简易的活塞式抽水机，如图丙所示。 丙（a）：将洗涤液的空瓶子的底部裁剪下来，底部当成活塞，瓶身当成圆筒； 丙（b）：在瓶身上方打一个孔，安装出水管； 丙（c）：在活塞上开一个小孔，把塑料片一边粘在活塞上，使塑料片刚好能盖住小孔，作为阀门A；在洗涤液瓶口中间放一枚小球做成阀门B。 (2)如图丙（c）所示，活塞向上提起时，阀门A关闭，此时阀门B下方的压强 （选填“大于”或“小于”）阀门B上方的压强，阀门B下方的水推开阀门B进入圆管中。再向下压活塞，阀门A ，阀门B ，水进入活塞上方圆筒中，活塞反复上下运动，最终源源不断的将水抽到高处。为了能按照需要顺利地打开和关闭阀门B，小球的密度应比水的密度 。 (3)某组的同学发现，自制的活塞式抽水机抽不上水，请写出一条可能的原因 。 【答案】(1) 大气压强 10 (2) 大于 打开 关闭 大 (3)见详解 【详解】（1）[1]活塞式抽水机的结构及工作原理：取一个注射器，把针头插到装有水的盆中，向上拉动活塞，能看到水从低处升到高处，这是靠大气压的作用，使水升到高处的。因为活塞向上拉动时，注射器内空气稀薄，气压小于外界大气压，在大气压作用下，水被压入注射器。 [2]最高的水柱产生的压强与大气压强相等，根据公式可知，理论上抽水机提升水最大高度 （3）如果活塞与筒壁之间、各连接处等存在缝隙，导致空气进入，或者活塞下面有空气，筒内无法形成足够的气压差，水就不能抽上来。 板 书 设 计 第4节 制作简易活塞式抽水机 一、核心原理 1.动力来源：大气压强与缸内气压差 2.两个冲程： （1）吸气冲程：活塞上升→缸内气压减小→大气压吸水→进水阀开、出水阀关 排水冲程：活塞下降→缸内气压增大→压力排水→进水阀关、出水阀开 （2）关键组件：单向阀门（单向导通）、密封结构（不漏气漏水） 二、制作步骤 1.制作缸体：剪塑料瓶→打孔 2.制作活塞与连杆：橡胶塞+木棒+海绵（密封） 3.制作阀门：塑料片（单向开合）+ 固定 4.组装密封：接管道→固定→密封接口 三、故障处理（核心） 1.不吸水：查密封、阀门、进水管 2.不排水：查出水阀、活塞密封 3.水流细：优化阀门、管道、密封 四、拓展思考 理论抽水高度（10m）与实践差异：密封、气压损失、阀门性能 课 堂 小 结 第4节 制作简易活塞式抽水机 作业 1. 完成课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $