第4节 跨学科实践：制作微型密度计（教学课件）（含交互动画）物理新教材人教版八年级下册

该初中物理课件聚焦浮力原理与微型密度计制作，通过“小瓶液体无法测量”的实际问题导入，引导学生从项目分析、参数估算（质量和标度杆直径）到结构设计（浮子+配重），构建“问题-设计-制作-调试”的学习支架，衔接理论与实践。 其亮点是以跨学科实践为主线，融合科学探究（完整制作调试过程）和科学思维（参数推理中ΔV排与标度杆直径的关联计算），利用吸管、铜丝等生活材料动手制作，辅以视频交流。既培养学生工程思维和实践能力，又为教师提供可操作的项目式教学方案，提升教学效果。

第十章 浮力 第4节 跨学科实践：制作微型密度计 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 通过解决“测量小瓶酒精密度”的真实问题，深化对密度计工作原理（F浮=G物，ρ液∝1/V排）的理解，并能将这一观念应用于新器材的设计中。 02 科学思维 能根据项目任务要求，应用阿基米德原理、二力平衡条件及数学知识，通过分析、综合、推理、估算等科学思维方法，完成微型密度计的参数（质量、直径）和结构设计。培养模型建构和工程设计思维。 03 科学探究 经历完整的跨学科实践过程：从明确问题、分析需求，到设计参数、选择材料，再到动手制作、调试测试，最后交流评估。重点发展项目设计能力、动手操作能力、团队协作能力以及发现并解决问题的能力。 04 科学态度与责任 在解决真实问题的过程中，体会物理学与日常生活的紧密联系，感受知识应用的价值。通过小组合作与不断调试，培养严谨求实、坚持不懈的科学品质和合作精神。 教学重难点 教学难点 教学重点 1、应用阿基米德原理及二力平衡条件，通过逻辑推理完成微型密度计的质量和标度杆直径的估算设计。 2、经历微型密度计的设计、制作与调试过程，培养工程思维和动手实践能力。 1、参数设计中的演绎推理：理解为何要设计质量；掌握通 过设定精度要求（A、B间距）来反推标度杆直径的思维方法。 2、结构设计与调试：理解“浮子+配重”结构的作用，并能通过调试实现密度计的竖直漂浮。 课堂引入：项目提出，明确任务 当我们想用实验室的密度计测量如图所示的瓶子的密度时，却碰到了问题——无法放入瓶中。那么如何解决“测量小瓶液体密度”的问题呢？ 思考： 项目分析，聚焦设计 新课：项目分析，聚焦设计 一个能工作的密度计，必须满足什么物理条件？ 思考： 漂浮 F浮=G物 知识点：制作微型密度计 要让它能放进小瓶，对它的什么有要求？把它放进小瓶测量时，可能会出现哪些实际问题？ 思考： 体积较大 无法放入 触碰瓶底 酒精溢出 新课：项目分析，聚焦设计 要能判断是否合格（区分0.86和0.88），对它的什么有要求？ 答：精度、刻度间距要明显。 这与什么结构有关？ 答：标度杆的粗细。 思考： 新课：项目分析，聚焦设计 不触碰瓶底，能测量小容器 小结： 需要一定长度，不能太重？ 不溢出， 能区别 排开液体体积要小？ G = m液g = ρ液V排g F浮 = G排 本项目设计需解决两个核心问题： ① 确定合适的质量； ② 确定合适的标度杆直径。 参数设计，推理估算 新课：参数设计，推理估算 估算密度计的质量：对于100mL的小瓶，排开多少液体比较合适？ 设计一： 对于100 mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开1~2 mL的酒精，一般不会导致酒精溢出。 根据m = ρ液 V排，估算一下密度计的质量应该是多少？ 取ρ酒精≈0.87g/cm³, V排≈1.5cm³，计算得m≈1.3g，取整约1g 强调：这是防止溢出的上限质量。 新课：参数设计，推理估算 估算标度杆的直径： 同一支密度计（m一定），漂浮在ρ1=0.86和ρ2=0.88的酒精中，哪个V排大？哪个浸得深？ 答：ρ小的V排大，浸得深。 设液面在标度杆上的位置差为h=4mm（设定值）。这个h对应的物理量是什么？ 答：两种情况下V排的差值ΔV排在细杆上表现出来的长度。 设计二： 新课：参数设计，推理估算 ΔV排如何计算？ 答：由 m = ρ V排 得 V排 = m / ρ ΔV排 = V排1 - V排2 = m/ρ1 - m/ρ2 代入m=1g, ρ1=0.86g/cm³, ρ2=0.88g/cm³， 计算ΔV排 ≈ 0.026 cm³。 ΔV排、杆的横截面积S、刻度间距h有什么关系？ 答：根据ΔV排 = S * h；S = ΔV排 / h = 0.026cm³ / 0.4cm ≈ 0.065 cm²。 设计二： A B 结构设计，绘制草图 新课：结构设计，绘制草图 如何保证密度计能竖直漂浮？ 思考 浮子 配重 新课：结构设计，绘制草图 通过密度计的结构分析与设计，绘制密度计的设计草图。 结构 浮子+配重”结构： 配重（在底部）——降低重心； 浮子（在中部）——提供主要浮力。 两者结合使重心低于浮心，实现稳定竖直漂浮。 标度：便于观察结果 浮子 标度杆 配重 动手制作，调试优化 新课：动手制作，调试优化 制作的部件 饮料的吸管 生活物品 说明 标度杆 浮子 配重 刻度线 其他 塑料小球 金属铜丝 油性笔 蜡烛或橡皮 外直径3 mm，长度大于10 cm 或准备一袋超轻黏土，制作一个浮力小球，直径最好在1.2 cm ~ 1.8 cm之间 方便缠绕在密度计下方 最好用红色、笔尖细一些的 用蜡烛或橡皮来封闭吸管的一端 利用身边的材料准备制作。 准备 新课：动手制作，调试优化 分组制作与调试 制作步骤指导： 1. 组装：将浮子固定在标度杆中部，在杆下端缠绕铜丝作为配重。 2. 初调：将初步做好的密度计放入清水中。 新课：动手制作，调试优化 调试 有的同学发现密度计会沉底或倾斜，该如何调整呢？ 3.精调：目标是密度计在水中竖直漂浮，且浮子浸没，水面以上露出一段杆。 沉底 配重太多，减少铜丝 倾斜 重心不稳，调整浮子位置或配重形状。 新课：动手制作，调试优化 4. 标记刻度： ① 将调好的密度计放入ρ=0.86g/cm³的酒精中，待静止后，在液面处标A。 ② 放入ρ=0.88g/cm³的酒精中，标B。 ③ 将A、B标记用彩色胶带贴好，作为合格区间。 A B 展示交流，评价反思 新课：展示交流，评价反思 测试与交流测试任务： ① 各小组用自制的密度计对3瓶未知酒精（密度分别约为0.85， 0.87， 0.89 g/cm³进行测量判断），② 放入ρ=0.88g/cm³的酒精中，标B。 ②请公布你们的判断结果，并说明理由（液面相对于A、B的位置） ③在制作和调试过程中，你们遇到了什么困难？是如何解决的？你的密度计还有哪些可以改进的地方？ 新课：展示交流，评价反思 观看视频，学习与交流。 思考 课堂总结 一、项目任务 三、实践流程 跨学科实践： 制作微型密度计 二、核心设计 （物理原理：漂浮时 F浮=G物， m=ρ液V排） 制作能放入100mL小瓶、可判断酒精 （ρ=0.86～0.88 g/cm³）是否合格的密度计。 1.质量设计（防溢出） 2.直径设计（保精度） 3.结构设计（保竖直） 分析任务 → 参数设计 → 选择材料 → 制作调试 → 测试交流 课内知识通关练 课内知识通关练 1、制作微型密度计时，其核心原理是利用物体的什么性质实现漂浮？（ ） A．重力与浮力平衡 B．重力大于浮力 C．浮力大于重力 D．密度与质量 【详解】微型密度计能漂浮在液体中，关键是漂浮时物体所受浮力等于自身重力（二力平衡），通过排开液体体积的变化反映液体密度，故 A 正确；重力大于浮力时物体下沉，浮力大于重力时物体上浮，均无法稳定测量密度，B、C 错误；密度与质量的关系并非制作密度计的核心原理，D 错误。 考点：物体的浮沉条件 密度计 A 课内知识通关练 2、（多选）用同一支密度计测定不同液体的密度，下列叙述正确的是( ) A.密度计漂浮的越高，所受的浮力越大 B.密度计漂浮在不同液体中，所受的浮力都相等 C.密度计排液体积越大，液体密度越大 D.密度计漂浮得越高，液体密度越大 【详解】密度计测液体密度时，都是漂浮的，所以浮力都等于重力，在不同液体中，密度计所受浮力不变。 考点：物体浮沉的条件 密度计 BD 课内知识通关练 3、密度计是测量液体 的仪器，它是利用物体的 条件工作的，如图所示，它的重力和浮力大小 ；液体的密度越大，它排开液体的体积越 ，密度计的位置也就越 （选填“高”或“低”）。所以密度计上越往下，标注的密度值越 。 【答案】 密度 漂浮 相等 小 高 大 【详解】[1][2][3][4][5][6]密度计是用来测量液体密度的仪器，它是利用漂浮在液面上的物体受到的浮力等于物体自身重力的原理制成的，因密度计漂浮于水面上，故由浮沉条件可知浮力与重力相等；因F＝ρgV，在任一液体中密度计所受浮力相等，故密度越大时，浸入液体中的体积V越小，则密度计位置也就越高，密度计浸入液体的深度越小，说明液体的密度越大，密度计上的刻度（值），越靠近下端，示数值越大。 考点：物体浮沉的条件 密度计 课内知识通关练 4、如图所示，小华制作了一个简易的密度计：她选择一根长16cm的粗细均匀的饮料吸管，将一些铜丝从下端塞入并用石蜡封口，使吸管在液体中漂浮时能保持在 方向静止．密度计在液体中漂浮时，受到的浮力 重力（选填“大于”、“等于”或“小于”）．把密度计放入水中，露出液面的长度是8.8cm，再将密度计放入某液体中，露出液面的长度是7cm，则此液体的密度为 kg/m3（水的密度为1.0×103kg/m3）． 考点：物体浮沉的条件 密度计 竖直 等于 0.8×103 课内知识通关练 【【答案】 竖直 等于 0.8×103 【详解】第一空．将一些铜丝从下端塞入并用石蜡封口，这样做目的是让密度计竖直漂浮在液体中； 第二空．根据物体浮沉条件可知，密度计在液体中漂浮时，受到的浮力等于重力； 第三空．吸管露出水面的长度是8.8cm，则浸入水中的深度h水=16cm-8.8 cm=7.2cm， 将该密度计放入某液体中，吸管浸入液体的深度h液=16cm-7cm=9cm， 因为密度计不管是在水中还是在液体中，都是漂浮状态，F浮水=F浮液=G， 由F浮=ρgV排可得：ρ水gSh水=ρ液gSh液，1.0×103kg/m3×g×S×0.072m=ρ液×g×S×0.09m， ρ液=0.8×103kg/m3． 课内知识通关练 5、小明取一根粗细均匀的饮料吸管，在其下端塞入适量金属丝并用石蜡封口，制成简易密度计。现使吸管竖直漂浮在不同液体中，测量出液面到吸管下端的深度为h，如图所示。则下列图表示吸管所受的浮力大小F、液体的密度ρ与深度h关系的图象中，可能正确的是（　　） 考点：阿基米德原理 密度计 课内知识通关练 【答案】 D 【详解】（1）同一支密度计，重力G不变，竖直漂浮在不同液体中，由漂浮条件F浮=G可知，浮力不变，与浸没液体中的深度无关，故AB错误；（2）由阿基米德原理F浮=ρ液gV排排得，g是定值，ρh的乘积为定值，所以ρ、h的关系呈现反比例函数图象，故C错误，D正确。 故选：D。 密度计漂浮在不同的液体中，根据漂浮条件，所受浮力等于自身重力，即浮力不变，据此判断浮力FF与浸没液体中深度h的关系；根据阿基米德原理F浮=ρ液gV排=ρ液gSh，浮力和密度计的横截面积一定时，判断出液体密度和浸没液体中的深度的关系。 课后作业 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 $null