10.4 跨学科实践：制作微型密度计 分层作业 2025-2026学年物理人教版八年级下学期

**基本信息** 以跨学科实践“制作微型密度计”为核心，通过A/B分层设计，实现从基础原理到实践创新的知识巩固，培养科学思维与探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|密度计原理、浮力与压强计算、连通器应用|基础概念辨析（如弹簧测力计使用）、简单情境应用（“奋斗者”号压强计算），夯实物理观念| |B层|密度计制作与刻度分析、实践误差讨论|跨学科实践深化（自制密度计配重与竖直漂浮）、综合推理（刻度均匀性论证），发展科学探究与模型建构能力|

10.4 跨学科实践：制作微型密度计 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．关于弹簧测力计、密度计、微小压强计，下列说法正确的是（　　） A．使用弹簧测力计时，必须在竖直方向调零后才能测量力的大小 B．同一支密度计放在不同液体中测密度时，受到的浮力大小不相等 C．用密度计测量液体密度时，液体密度越大，密度计没入液体的体积越大 D．微小压强计的金属盒在同种液体中深度越深，U形管两侧液面高度差越大 2．下列实例中，属于利用连通器原理进行工作的是（　　） A．抽水机 B．液体密度计 C．订书机 D．船闸 3．在如图所示的实例中，应用连通器原理的是（　　） A．乳牛自动喂水装置 B．压水井 C．带吸盘的塑料挂钩 D．密度计 4．（多选）酒的“度数”是体积分数，例如50°的酒表示：20℃时，100mL酒中含有50mL酒精。20℃时某酒的度数与密度之间的关系如下表所示。某同学基于密度计原理制作了一个测量酒度数的仪器，如图所示。下列分析正确的是（　　） 度数/° 30 40 50 60 密度g/mL 0.94 0.92 0.90 A．该仪器中的铅粒可使其易于在酒中直立 B．该仪器在不同度数的酒中静止时，所受浮力不同 C．该仪器静止于水时，水面与a处相平，此时a处应标注的刻度为0° D．在该仪器上标定酒的度数时，50°酒的刻度值在30°酒的刻度值的上方 5．如图所示的仪器可以测量液体的______，利用了______原理，其刻度值从上往下逐渐______（选填“变大”或“变小”）。 6．阅读短文，回答问题。 深邃的海底世界充满了神秘与未知，驱动着人类孜孜不倦地探索。据中国科学院深海科学与工程研究所消息，完成首次环大洋洲载人深潜科考任务后，“探索一号”科考船携“奋斗者”号载人潜水器于2024年3月 11日返抵海南三亚。本次科考任务中，“奋斗者”号总共完成了63次有效下潜作业，载人数量为29人，刷新了我国载人深潜的新纪录。 “奋斗者”号的载人舱设计为球形如图甲所示，球形结构可以将深海的压力向四周分散开来，从而可以承受更大的压力。载人舱球壳使用了Ti62A钛合金和新型固体浮力材料建造，都是为了抵抗深海中海水巨大的压强。载人舱的研制极大推动了我国材料力学和结构力学的发展。“奋斗者”号还采用了新型固体浮力材料保障潜水器安全返回水面。固体浮力材料的研制突破了我国浮力材料研究的关键技术。 “奋斗者”号某次执行任务时，潜水器的总质量约为25t（其中它的外部挂有2t的压载铁），当它从水面上开始下潜，到深度为10000m时，“奋斗者”号通过适时抛掉部分压载铁实现悬停，当在10000m完成工作后，潜航员需要再抛掉全部的压载铁，才能实现上浮。 目前，中国成为世界上万米下潜次数和人数最多的国家。“奋斗者”号为我国探索海洋科学奥秘，保护和合理利用海洋资源提供了强大支撑。（已知海水密度取，g=10N/ kg），请根据上述材料回答下列问题： (1)不考虑海水密度的变化，若潜水器在海面下匀速下潜，其惯性______； (2)“奋斗者”号载人潜水器下潜越深，所受液体压强越______；当“奋斗者”号载人潜水器观察窗下潜到10000m时，观察窗受到海水的压强为______Pa； (3)某次执行任务中，“奋斗者”号载人潜水器从水面上方到潜入水下10000m的过程中，受到浮力的变化情况是______；（不考虑海水密度变化） (4)潜水器和压载铁的简化图如图乙所示，2t的压载铁的体积约为0.25m3，压载铁在海水中受到的浮力为______N；抛掉压载铁后，潜水器上浮（加速上升）时受到的浮力______重力。 7．暑假，初三同学小刚带着弟弟妹妹练习测量密度，请帮他解决以下问题。（已知，g取10 N/kg） （1）常规方法： 用如图①的方法测量一块合金块的密度。天平放在水平台上，调平后正确测量，则合金块的密度是多少？ （2）拓展研究： 用图②的方法测量一块木块的密度，实验器材有：木块、弹簧测力计（0~5N），底部固定有滑轮的水槽，细线及足量的水。 ①先用弹簧测力计测木块的重力，如图②中甲；把滑轮固定在容器底部，再用细线绕过滑轮将木块与弹簧测力计连接起来，接着往水槽中倒入适量的水，使木块浸没在水中，如图②乙，木块在水中静止时弹簧测力计示数为1.6N，则木块的密度为多少？ ②该小组分析发现，如果把水换成其他液体，弹簧测力计的示数就会不同，于是他们把弹簧测力计的刻度改成相应的密度值，将该装置改为测量液体密度的“密度计”，原弹簧测力计的1.0N刻度处应标注为多少kg/m3? （3）应用分析 用拓展研究方法②改制的“密度计”的刻度分布是否均匀？请分析说明。 B层 8．用密度计测量酒精的密度，是一种初步判断酒精是否合格的简单办法。如图所示是跨学科实践小组的同学们设计的微型密度计。主要由标度杆、浮子、配重等构成。把调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中。待微型密度计静止时，依据液面的位置在标度杆上做一个记号。则微型密度计（　　） A．在水中时排开水的质量大于自身的质量 B．在水中时受到水向上的压力大于自身的重力 C．在标准消毒酒精中浸入的更深一些 D．在标准消毒酒精中受到的浮力更大 9．如图是李刚在跨学科实践活动中自制的微型密度计，下面关于制作和测量过程中正确说法是（   ） A．为了能够测出100mL小瓶酒精密度，密度计要控制在1g左右 B．其中浮子是为了让密度计竖直漂浮 C．密度计上面刻度值比下面刻度值大 D．利用同一密度计测量不同液体密度时，在密度大液体中受到浮力小。 10．小明将吸管制作的简易密度计放入足够深的水中进行测试，测试时发现密度计不能竖直漂浮。下列操作能使密度计竖直漂浮的是（　　） A．增加配重 B．换用更长吸管 C．向容器中加盐 D．换用更大的容器 11．（多选）小明利用家里的吸管和细铜丝自制了一支密度计，将该密度计分别放入两种不同液体中，静止后如图所示。下列说法正确的是（　　） A．密度计在甲液体中受到的浮力大 B．密度计在两液体中受到的浮力相等 C．在标记刻度时，B的示数应比A小 D．在标记刻度时，B的示数应比A大 12．密度计是测量液体密度的工具，它利用了________原理：G密度计=F浮=ρ液V排g，即ρ液越大，V排就越_________，密度计露出部分越大，所以大的刻度值在________（选填“上面”或“下面”）。 13．某物理兴趣小组在跨学科实践中研究了简易密度计的制作。他们取来一根粗细均匀的吸管，在吸管的下端装入适量的钢珠后用蜡封住并使底部平整，做好后测出该密度计的总重力为0.24N，吸管底面积为2×10-4m2，吸管总长为0.16m。 (1)吸管的下端装入适量的钢珠的目的是为了使它能在竖直方向上______在液体中； (2)如图甲所示是将该密度计放入水中静止时的情形，A是在吸管上标记的此时水面的位置，则密度计受到水的浮力是______N； (3)若将该密度计从水中取出擦干、放到密度为1.1×103kg/m3的盐水中，静止时密度计受到的浮力将会______，此时吸管上盐水液面的位置在A的______； (4)该密度计能测量的液体最小密度值是______kg/m3； (5)为了提高密度计精确度，小组同学利用不同吸管成功自制了两支密度计，如图乙所示，其中精确度最高的密度计是______（填序号）。 14．如图所示，小明在薄壁平底试管（粗细均匀）中装入一些沙子，密封管口，制成一个“土密度计”。试管和沙子的总质量为m（不计管内空气的质量），试管的横截面积为S（不考虑薄壁试管的厚度），当把它放入水中竖直漂浮时，在试管上与水面相齐的位置标记上刻度“1”（此刻度表示水的密度ρ水），g为已知量。求： (1)试管所受的浮力大小（用已知量的字母表示）； (2)试管在水中漂浮时，其底部的深度（用已知量的字母表示）； (3)小明发现，试管上A、B两处到刻度“1”的距离都是h，且所标记的刻度值恰好是两倍关系，若试管和沙子的总质量为36g，试管的横截面积为3cm²，ρ水=1.0×10³kg/m³，则h的长度为多少厘米？ 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 题号 1 2 3 4 8 9 10 11 答案 D D A ACD C A A BD 1．D 【详解】A．实验前需要在所测量力的方向上对弹簧测力计调零，故A错误； B．密度计是漂浮在液体中，所受浮力等于本身的重力，其重力不变，则密度计在各种不同的液体中测密度时所受浮力大小相等，故B错误； C．密度计所受浮力相同，由阿基米德原理F浮=ρ液gV排可知，液体的密度越大，排开液体的体积越小，故C错误； D．微小压强计的金属盒在同种液体中深度越深，所受液体压强越大，U形管两侧液面高度差越大，故D正确。 故选D。 2．D 【详解】A．抽水机是利用大气压来工作的，不属于利用连通器原理，故A不符合题意； B．液体密度计是利用物体的漂浮条件和阿基米德原理来工作的，不属于利用连通器原理，故B不符合题意； C．订书机用到的物理知识是比较多的，如压柄做得宽大有利于减小压强；订书针很尖细有利于增大压强；底座做得宽大有利于减小压强等等；但都不是利用连通器原理进行工作，故C不符合题意； D．船闸的上游阀门打开时，上游和闸室构成连通器，下游阀门打开时，下游和闸室构成连通器，故D符合题意。 故选D。 3．A 【详解】A．乳牛自动喂水器是上端开口，下部连通，是利用连通器的原理工作的，故A符合题意； BC．压水井和带吸盘的塑料挂钩的工作原理主要依赖于大气压的作用，故BC不符合题意； D．密度计是根据物体浮在液体中受到的浮力等于重力的原理制成与工作的，故D不符合题意。 故选A。 4．ACD 【详解】A．仪器中加入铅粒是为了降低重心，使仪器在液体中更稳定，易于直立漂浮，故A正确； B．该仪器在不同液体中静止时均处于漂浮状态，根据漂浮条件，所受浮力等于自身重力，由于仪器重力不变，因此在不同度数的酒中静止时，所受浮力相等，故B错误； C．由于水中不含酒精，所以该仪器静止于水时，水面与a处相平，a处应标注的刻度为0°，故C正确； D．由表格数据可知，酒的度数越高，密度越小，该仪器在不同液体中所受浮力相等，根据可知，液体密度越小，仪器排开液体体积越大，浸入液体的深度越大，50°酒的密度小于30°酒，所以该仪器浸入50°酒中的体积较大，浸入的深度越深，其刻度应在30°酒刻度的上方，故D正确。 故选ACD。 5． 密度值 漂浮 变大 【详解】[1]如图所示，其标注的单位是g/cm3，它是密度计，可以测量液体的密度。 [2][3]密度计在液体中漂浮，受到的浮力等于其重力，密度计重力不变，浮力不变。根据阿基米德原理可知，液体密度越大，密度计排开液体的体积越小，液面越靠近密度计下方，所以刻度值从上往下逐渐变大。 6．(1)不变 (2) 大 1.0×108 (3)先变大后不变 (4) 2.5×103 大于 【详解】（1）物体的惯性大小与质量有关。不考虑海水密度的变化，若潜水器在海面下匀速下潜，其质量保持不变，则其惯性不变。 （2）[1]液体压强与液体密度和深度有关，海水密度不变，“奋斗者”号载人潜水器下潜越深，所受液体压强越大。 [2]当“奋斗者”号载人潜水器观察窗下潜到10000m时，观察窗受到海水的压强为 （3）不考虑海水密度变化，根据阿基米德原理可知，“奋斗者”号载人潜水器从水面上方潜入水中时，排开水的体积变大，受到的浮力变大；当“奋斗者”号浸没后下潜时，排开海水的体积不变，受到的浮力不变，所以受到浮力的变化情况是先变大后不变。 （4）[1]压载铁在海水中受到的浮力为 [2]抛掉压载铁后，潜水器上浮（加速上升）时，运动状态发生变化，处于非平衡状态，受到的浮力大于重力。 7．（1）8.9g/cm3；（2）①0.6×103 kg/m3，②0.85×103 kg/m3；（3）均匀 【详解】（1）如图①所示合金块的质量为 合金块的体积为 根据知，合金块的密度为 （2）①如图②所示木块的重力为2.4N，其质量为 木块静止在水中，处于平衡状态，故所木块受浮力为 根据阿基米德原理知木块的体积 木块的密度为 ②当测力计的示数为1N时，所受浮力 由可得液体的密度为 （3）物体完全浸没在液体中，排开液体体积V排一定，G、g也是定值，所以F示和ρ液是一次函数关系，则密度秤的刻度是均匀的。 8．C 【详解】AB．微型密度计漂浮在水面上，受到水向上的压力为浮力，此时浮力等于重力，即排开水的重力等于自身重力，故AB不符合题意； CD．漂浮状态的微型密度计，浮力等于重力，密度计重力不变，在水中所受浮力等于其在酒精中所受浮力，酒精的密度小于水的密度，由可知，在标准消毒酒精中密度计排开液体体积变大，即浸入的更深一些，故C符合题意，D不符合题意。 故选C。 9．A 【详解】A．为了能够测出100mL小瓶酒精密度，密度计排开酒精的体积为1mL左右才不会溢出，排开酒精的质量为 即排开酒精的质量要控制在1g左右，根据漂浮时m排=m计，密度计要控制在1g左右，故A正确； B．其中浮子是为了让密度计竖直漂浮，方便测量，故B错误； C．根据 液体的密度越大，排开液体的体积越小，刻度对应的密度值越大，所以密度计上面刻度值比下面刻度值小，故C错误； D．密度计始终漂浮，浮力等于重力。利用同一密度计测量不同液体密度时，在密度大液体中受到浮力和在密度小的液体中受到的浮力一样大，都等于密度计的重力，故D错误。 故选A。 10．A 【详解】浮在水中的吸管受到浮力和重力的作用。吸管漂浮，根据二力平衡知识可以知道，这两个力的方向是在竖直方向上相反的，在它们的作用下，最终吸管静止在这两个力的作用点的连线上。将两个力的作用点分开，使这两个点的连线与吸管竖直方向的中线重合在一起，吸管就能竖直立在水中。浮力的作用点在吸管的中心，增加配重，配重越重，重心越靠近吸管配重一端，这样一来，吸管就能竖直漂浮了。故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 11．BD 【详解】AB．由图可知，密度计在两种液体中都处于漂浮状态，浮力均等于重力，同一支密度计重力不变，因此密度计在两液体中受到的浮力相等，故A错误，B正确； CD．因为同一支密度计在不同液体中的浮力不变，根据可知，密度计排开液体的体积越小，液体密度越大，由图可知，B位置与A位置相比较，当B位置处于液面时，密度计排开液体的体积更小，表示液体密度更大，因此在标记刻度时，B的示数应比A大，故C错误，D正确。 故选BD。 12． 漂浮 小 下面 【详解】[1]密度计在液体中漂浮，根据物体的浮沉条件，漂浮时浮力等于重力，即利用了漂浮原理。 [2]由可知，因为密度计的重力是不变的，所以的乘积是一个定值。当越大时，为了保持ρ液V排​的乘积不变，V排​就越小。 [3]大的刻度值对应大的液体密度。根据可知，当越大时，密度计排开液体的体积就越小，即密度计浸入液体的深度越浅，液面在密度计上的位置就越靠下，因此大的刻度值在下面。 13．(1)漂浮 (2)0.24 (3) 不变 下方 (4)750 (5)② 【详解】（1）吸管的下端装入适量的钢珠的目的是为了降低重心，让密度计竖直漂浮在液体中。 （2）因为密度计漂浮在水中，受力平衡，此时浮力等于重力，即 （3）[1]若将该密度计从水中取出擦干、放到密度为1.1×103kg/m3的盐水中，液体密度增大，但密度计仍然漂浮，受力平衡，此时浮力仍等于重力，因为密度计重力不变，所以浮力不变。 [2]根据公式，可知密度计受到的浮力不变而液体密度变大，所以排开液体的体积减小，总体积不变，所以露出水面的体积增大，故此时吸管上盐水液面的位置在A的下方。 （4）因为密度计本身重力不变，且原理是漂浮在水中，所以浮力等于重力也不变，根据可知，当液体密度最小时，密度计排开液体的体积最大，即当密度计刚好完全浸没时，所能测量的密度最小，此时密度计排开液体的体积为 此时液体的密度为 （5）密度计测量时浸入液体中的深度变化越大，测量越精确，密度计精确度越高，因为密度计漂浮在液体中，根据可知在密度计重力和液体密度不变时，吸管的横截面积越小，密度计浸入液体中的深度越大，因此可以选用更细的吸管提高密度计精确度，所以如图乙所示，其中精确度最高的密度计是②。 14．(1)mg (2) (3)4cm 【详解】（1）试管漂浮于水面，试管所受的浮力与其受到的总重力是一对平衡力，即 （2）水对试管底部向上的压力 水对试管底部向上的压强 试管底部的深度 （3）若密度计放入某中液体中，同（1）（2）中解答方法可知，试管底部的深度h液与液体密度ρ液关系为 在A处刻度时，试管底部的深度hA与液体密度ρA关系为 由图可知A处与“1”处相差h，即……（1） 在B处刻度时，试管底部的深度hB与液体密度ρB关系为 由图可知B处与“1”处相差h，即……（2） 由（1）（2）式可得………………………………………………（3） 因为密度计刻度线越靠近顶端，示数越小，且A、B两处标记的刻度是两倍关系，所以对应的刻度大小为，代入（3）式可得……（4） 将（4）式代入（1）式可得 代入数据可得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $