9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机 导学案-2025-2026学年人教版八年级下册物理

该初中物理导学案聚焦“制作简易活塞式抽水机”，引导学生理解其利用大气压和液体压强的工作原理。课前通过观察压水井或视频联系生活，课中结合动画演示分析气压变化与阀门开闭关系，再动手制作简易模型，构建从生活现象到理论原理再到实践操作的学习支架。 资料以跨学科实践为特色，通过设计、制作、测试、改进的科学探究过程，培养学生模型建构与因果推理的科学思维，强化物质观与相互作用观等物理观念，配套针对性练习、易错点总结及思维导图，助力学生掌握原理并提升实践能力与科学态度。

人教版初中物理同步导学案 【参考答案与解析】 一、针对性练习 1.答案：B 解析： 活塞向上提起，缸筒内体积增大，气压减小，外界大气压将水压入，故进水阀打开。 2.答案：B 解析： 空气排不尽会导致缸筒内无法形成足够低压，水难以被压入。 3.答案：B 解析： 出水阀方向装反，下压时水不能流出，或流出量很少。 二、课堂检测 1.答案：C 解析： 活塞式抽水机利用大气压将水压入泵体，再通过活塞运动将水压出。 2.答案：B 解析： 增加吸水管长度会增大阻力，且受大气压限制，可能超出最大抽水高度，不利于提高效率。 3.答案：B 解析： 活塞上提时，缸内气压降低，进水阀A打开，水进入；出水阀B关闭，水不会流出。 4.答案：A 解析： 吸盘挂钩也是利用大气压工作，与活塞式抽水机原理相同；B利用高压，C利用帕斯卡原理，D利用连通器原理。 5.答案：B 解析： 水柱高度6m产生的压强p水=ρgh=1.0×10³×10×6=0.6×10⁵Pa，吸水管内水面上方气压=大气压水柱压强=1.0×10⁵0.6×10⁵=0.4×10⁵Pa。 6.答案：A 解析： 漏气会导致缸筒内无法形成足够低压，水不能被压到更高处。理论最大高度约10m，实际因漏气达不到。 7.答案：1；1 解析： 活塞上提时进水一次，下压时出水一次，一个往复完成一次完整抽水循环。 8.答案：① 检查并改善活塞与缸筒的密封性；② 确保单向阀安装方向正确且密封良好；③ 检查活塞上的塑料片是否只能向上翻开，避免反向安装。（合理即可） 9.答案：10m 解析： 由p=ρgh得，h=p/(ρg)=1.0×10⁵Pa/(1.0×10³kg/m³×10N/kg)=10m。 10.答案：能。因为7m水柱产生的压强p=ρgh=1.0×10³×10×7=7×10⁴Pa，小于标准大气压1.0×10⁵Pa，理论上可以将水压到地面。实际中只要密封良好，即可实现。但实际抽水高度可能略低于理论值，因为密封性、空气残留等因素会影响效果。 第九章《压强》第 1 页 共 11 页 学科网（北京）股份有限公司 $小时候家里的。压水井还记得吗？这是记录，这是记录仪，7K7K7K7K刀，7K7K7K7K刀刀这是是。红书。 人教版初中物理同步导学案 《9.4 跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》导学案 【学习目标】 核心素养维度 学习目标 物理观念 理解活塞式抽水机利用大气压和液体压强实现提水的原理，形成物质观和相互作用观。 科学思维 能分析活塞运动过程中气压变化与阀门开闭的逻辑关系，运用模型建构和因果推理。 科学探究 经历简易活塞式抽水机的设计、制作、测试与改进过程，学会控制变量和优化设计。 科学态度与责任 在实践活动中培养严谨细致、合作交流的工匠精神，体会科技对社会发展的贡献。 学习重点： 活塞式抽水机的工作原理；制作与调试方法。 学习难点： 理解活塞运动过程中阀门开闭与气压变化的关系；改进设计以提升抽水效果。 【课前预习案】 【我的预习任务】 1. 观察家中的压水井（或网上视频），思考：为什么反复按压手柄，水就能从地下被抽上来？其中涉及哪些物理原理？ 2. 阅读教材中关于活塞式抽水机的介绍，了解其基本结构：缸筒、活塞、进水阀、出水阀、手柄等。尝试画出简单的结构示意图。 【我的疑惑】 _。 【课中探究案】【我的任务】 一、原理探究：大气压与液体压强 【活动一】回顾大气压与液体压强的知识，完成下列填空： 1. 标准大气压约为 Pa，它可以支持约 m高的水柱。 2. 液体内部压强公式为 p = ______ ，深度越深，压强越 ______ 。 3. 活塞式抽水机工作时，依靠 ______ 将水从低处压入泵体，再通过活塞的 ______ 将水提升到高处。 【活动二】观看活塞式抽水机工作原理动画或演示实验，填写以下过程： （1）活塞向上运动时：缸筒内气压 ______ （选填“增大”或“减小”），进水阀在 ______ 作用下 ______ （选填“打开”或“关闭”），水从吸水管被压入缸筒。 （2）活塞向下运动时：缸筒内气压 _ ，进水阀 ，出水阀 ，水从出水口流出。 （3）如此往复，水被连续抽出。 二、设计与制作：简易活塞式抽水机 【活动三】参考“用水瓶做一个有趣简易压水井”的视频，小组合作制作一个简易活塞式抽水机。视频中的方法简单实用，利用矿泉水瓶、玻璃球、筷子等常见材料即可完成。 A.准备材料（视频同款） 空矿泉水瓶/饮料瓶（500mL–1L，瓶身光滑、无凸起） 筷子/竹签（做拉杆） 小玻璃球/弹珠（底部进水阀） 塑料片/瓶盖片（活塞上的出水阀） 吸管/细塑料管（出水管） 剪刀、锥子/打孔器、橡皮膏/热熔胶（密封固定） B.制作步骤（按视频顺序） 1. 做圆筒与活塞 把瓶子底部剪掉，上半部分作为抽水机圆筒。 剪下的瓶底修剪边缘，让它能紧密塞进圆筒、可上下滑动，作为活塞。 在活塞上打两个孔：中心孔A（穿筷子，做拉杆）；旁边孔B（做出水阀门）。 （注意：活塞与圆筒必须紧密贴合，漏气就抽不上水。） 2. 装两个单向阀门（核心） 底部进水阀： 把玻璃球放进圆筒底部，堵住瓶口（进水口），水只能向上冲开、不能回流。 （关键：玻璃球大小要刚好堵住瓶口，不能太小漏、太大卡。） 活塞出水阀： 用橡皮膏/热熔胶，把塑料片一边粘在活塞孔B上，做成只能向上翻开的单向小门。 （关键：塑料片只能单向向上开，不能粘死、不能反向开。） 3. 装出水管与拉杆 在圆筒侧壁上部打孔，插入吸管/塑料管，用胶密封，作为出水管。 把筷子穿过活塞中心孔A，固定好，作为拉杆。 4. 组装与测试 把活塞塞进圆筒，确保气密性好、能顺畅滑动。 将瓶口朝下浸入水中，上下拉动筷子拉杆： 上提活塞：筒内气压变小，玻璃球被推开，水进入圆筒；活塞上的塑料片关闭。 下压活塞：玻璃球落下堵住进水口，水推开塑料片，到活塞上方。 反复拉动，水就会从侧管流出，模拟压水井。 C、关键细节（容易忽略） 1. 玻璃球大小要刚好堵住瓶口，不能太小漏、太大卡。 2. 活塞与圆筒必须紧密贴合，漏气就抽不上水。 3. 塑料片只能单向向上开，不能粘死、不能反向开。 D.制作反思（填写在实验报告中）： 在制作过程中，你遇到了哪些困难？是如何解决的？ 你的抽水机能否成功抽水？如果失败，可能的原因是什么？（如密封不严、活塞与瓶壁间隙过大、玻璃球不合适等） 你认为哪些环节最容易出现错误？今后制作时应注意什么？ 三、测试与改进 【活动四】对抽水机进行测试，测量最大抽水高度（吸水管口到出水口的竖直距离），并尝试改进。重点针对视频中提到的关键细节（玻璃球密封性、活塞气密性、塑料片方向）进行优化。 测试方法： 将吸水管竖直放入水中，缓慢向上提拉活塞，观察水是否能被连续抽出。用刻度尺测量吸水管口到出水口的高度差，即为当前抽水高度。逐步增加吸水管长度，找出最大抽水高度。 改进措施 最大抽水高度/cm 抽水速度（快/中/慢） 现象描述 原始设计 增加活塞密封性（涂凡士林或加胶圈） 更换更大直径的瓶身 其他改进： 分析结论： 影响抽水效果的主要因素有 __________________________ （提示：从玻璃球大小、活塞密封性、塑料片方向等方面考虑） 最大抽水高度受什么限制？__________________________ 如果要提高抽水速度，可以采取什么措施？__________________________ 跨学科反思： 在制作过程中，你用到了哪些物理知识？哪些工程思维？ 如果让你改进设计，使其能抽上更深的水井，你会怎么改？ 通过本次实践，你对“科学技术对社会发展的作用”有哪些新的认识？ 【针对性练习】 1. 活塞式抽水机在工作时，活塞向上提起，进水阀打开，是因为（      ） A. 活塞上方气压增大 B. 活塞下方气压减小 C. 活塞受到重力作用 D. 水受到重力作用 2. 在使用活塞式抽水机时，如果抽水机内的空气没有排尽，会导致（      ） A. 抽水效率提高 B. 无法将水抽上来 C. 抽水高度增加 D. 水流速度加快 3. 某同学制作的简易抽水机，活塞上提时水能进入缸筒，但下压时水却从出水口流出很少。可能的原因是（      ） A. 进水阀密封不严 B. 出水阀安装方向错误 C. 吸水管太粗 D. 活塞与缸筒间隙过大 【典例分析与易错点】 题型一：工作原理分析 例1 如图所示为活塞式抽水机的工作原理示意图，请回答： （1）当活塞向上运动时，阀门B（进水阀） ______ ，阀门A（出水阀） ______ ，水在 ______ 的作用下进入缸筒。 （2）当活塞向下运动时，阀门B ______ ，阀门A ______ ，水从 ______ 流出。 【解析】 (1) 打开；关闭；大气压；(2) 关闭；打开；出水管。 【易错提醒】 活塞向上时，缸筒内气压降低，外界大气压将水压入；活塞向下时，缸筒内气压升高，将水压出。 题型二：抽水高度估算 例2 若某活塞式抽水机工作时，最大抽水高度为8m，则此时抽水机内需要达到的真空度大约相当于多少标准大气压？（已知1标准大气压约能支持10.3m水柱） 【解析】 抽水高度8m，对应压强 p=ρgh=1.0×10³×10×8=8×10⁴Pa。1标准大气压约为1.01×10⁵Pa，则所需压强约为0.79个标准大气压。实际上，由于密封性和大气压变化，理论最大抽水高度约10m。 【易错提醒】 抽水高度受大气压限制，理论上不超过10m。 【易错点总结】 易错点1：混淆活塞上下运动时阀门开闭状态 活塞向上：缸内气压降低，进水阀开，出水阀关；活塞向下：缸内气压升高，进水阀关，出水阀开。 易错点2：认为抽水高度只与活塞力量有关 抽水高度受大气压限制，标准大气压约支持10.3m水柱，因此抽水机理论最大提水高度不超过10m。 易错点3：忽略密封性对抽水效果的影响 活塞与缸筒、阀门处的密封性直接影响抽水效果，漏气会导致无法形成足够气压差。 易错点4：安装单向阀时方向错误 进水阀应允许水进入缸筒而防止倒流，出水阀应允许水流出而防止倒吸，方向相反。 【课堂检测】 1. 活塞式抽水机工作时，将水抽上来的主要动力是（      ） A. 活塞的重力 B. 水的重力 C. 大气压强 D. 活塞与缸筒的摩擦力 2. 在制作简易活塞式抽水机时，下列操作中不能提高抽水效率的是（      ） A. 增大活塞的直径 B. 增加吸水管长度 C. 改善活塞与缸筒的密封性 D. 确保阀门单向性良好 3. 如图所示，是活塞式抽水机的结构示意图。当活塞向下压时，下列说法正确的是（      ） A. 阀门A关闭，阀门B打开，水从出水口流出 B. 阀门A打开，阀门B关闭，水进入缸筒上部 C. 阀门A打开，阀门B打开，水同时进出 D. 阀门A关闭，阀门B关闭，水不流动 4. 下列设备中，工作原理与活塞式抽水机相同的是（      ） A. 吸盘挂钩 B. 高压锅 C. 液压千斤顶 D. 茶壶 5. 用活塞式抽水机抽水，若吸水管内水柱高度为6m，则此时吸水管内水面上方的气压约为（大气压取1.0×10⁵Pa，g=10N/kg，ρ水=1.0×10³kg/m³）（      ） A. 1.0×10⁵Pa B. 0.4×10⁵Pa C. 0.6×10⁵Pa D. 1.6×10⁵Pa 6. 某同学制作的活塞式抽水机，抽水时水只能被提升到约5m高，其可能的原因是（      ） A. 活塞与缸筒间隙过大，漏气 B. 单向阀安装方向正确 C. 吸水管太细 D. 出水口位置太低 7. 在抽水机工作过程中，活塞上下运动一次，缸筒内完成 ______ 次进水和 ______ 次出水。 8. 如图，是小明自制的活塞式抽水机模型。使用时，发现提水效果不佳。请你帮他提出两条改进建议： ① __________________________ ② __________________________ 9.（计算题） 在标准大气压下（取1.0×10⁵Pa），理论上一台活塞式抽水机最多能将水抽到多高的位置？（g取10N/kg） __________________________ 10.（计算题） 某同学用自制抽水机将水从水井中抽出，已知井中水面到地面距离为7m，抽水机安装在地面。若抽水机密封良好，能否将水抽到地面？为什么？请通过计算说明。（大气压取1.0×10⁵Pa，g=10N/kg） __________________________ 【本课知识结构图 · 思维导图】  第九章《压强》第 1 页 共 11 页 学科网（北京）股份有限公司 $