第九章 跨学科实践 设计制作简易密度计 课件 2025-2026学年苏科版物理八年级下册

该初中物理课件围绕浮力与密度关系，以漂浮条件和阿基米德原理为核心，通过课前预习题目引入，结合鸡蛋在盐水中的浮沉观察，引导学生从理论推导到设计制作简易密度计，构建“理论-实践-应用”的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过推导密度计刻度规律（h与ρ液成反比）培养模型建构能力，借助吸管配重制作、刻度校准等实践提升解决问题能力。采用项目式学习，学生在动手与改进中深化物理观念，教师可通过检测练习和交流评价高效落实教学目标。

如图在铅笔的下端粘上一块橡皮泥,把它分别置于甲、乙、丙三种不同的液体中,铅笔处于静止,则铅笔分别在三种液体中受到的浮力F关系和三种液体的密度ρ关系正确的是 ( ) A.F甲>F乙>F丙, ρ甲>ρ乙>ρ丙 B.F甲<F乙<F丙, ρ甲<ρ乙<ρ丙 C.F甲=F乙=F丙, ρ甲>ρ乙>ρ丙 D.F甲=F乙=F丙, ρ甲<ρ乙<ρ丙 甲 乙 丙 课前预习 F浮= ρ液V排g不变 三者漂浮 F浮=G C 大 小 F浮一定,根据V排大小,比较ρ液大小。 跨学科实践 设计制作简易密度计 玻璃密度计 电子密度计 简易密度计 1.应用二力平衡和浮力的知识设计和制作简易密度计。 2.学习技术设计思想方法,提高解决实际问题的能力。 学习目标 观察思考 鸡蛋漂浮时,盐水密度越大,排开液体体积 。 静止 静止 静止 向水中加入食盐,能使沉入水中的鸡蛋浮起来。 加入食盐越多,鸡蛋露出水面的部分就越大。 越小 任务与要求 根据上述发现,利用身边材料制作测量液体密度的简易密度计。 设计与实施 1.从实践中获得灵感。 想一想:如果将鸡蛋换成柱状的物体,那么食盐水的密度可以用什么物理量来表示？图9-44 中的哪一种柱状物体能较好地反映不同液体密度之间的差异？请结合几何知识简要说明理由。 漂浮条件： G＝F浮 阿基米德原理： F浮＝ρ液V排g G＝ρ液V排g ＝ρ液Sh浸g h浸＝ G ρ液Sg 盐水密度要用易读数的量h浸来表示。 要能较好地反映不同液体密度之间的差异, 应使h浸变化量较大, 根据体积V=Sh浸,S应较小。 故选(c)。 ＝ gS G ρ液 1 · 2.设计思路。 ⑴选择怎样的柱状物体更合适？除此之外，还需要哪些器材？ ⑵柱状物体能竖直漂浮在液体中吗？如何解决？ ⑶如何标注刻度？能否借助数学方法解决这一问题？ ⑷如何进行检验和校准？ ⑴选择密度小于水、质地均匀、长度适中、横截面积较小的柱状物体,还需烧杯、水、待测液体、刻度尺、记号笔; ⑵在柱状物体底部固定重物可保证竖直漂浮; ⑶标注刻度的数学方法: ⑷通过已知密度液体检验,根据公式校准刻度。 h浸＝ G ρ液Sg ＝ gS G ρ液 1 · 液体 水 H h 3.实践制作。 G＝F浮1 G＝F浮2=ρ液Shg ρ液Sh g=ρ水SHg =ρ水SHg 漂浮在水中: 漂浮液体中: ρ液h =ρ水H 如图9-45 ,设柱状物体的横截面积为S,所受的重力为G。当它漂浮在水中时,浸入水中的深度为H;当它漂浮在被测液体中时,浸入液体的 深度为h。根据这一关系,通过计算可以标注密度计的刻度。 方法技巧 液体密度ρ/(g·cm-3) 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 ⑴原理： 漂浮条件和阿基米德原理。 液体深度适当 ⑵方法： 蜡封 铁丝 液体密度ρ/(g·cm-3) 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 浸入的深度h/cm ⑶制作： ①封闭吸管加配重(下端); ②竖直漂浮标水位, 测H算h, 标ρ液刻度线。 使其竖直漂浮。 观察刻线特点： 不均匀,上小下大,上疏下密。 10 11.1 12.5 9.09 8.33 1.0 1.1 1.2 0.9 0.8 0cm 由刻度公式可知,h与ρ液成反比,所以…… 在吸管上标刻线较难操作,可在纸条上画刻度,将纸条卷成细管插入吸管中,调节纸管使1.0刻线与水面相平。 4.检验刻度的准确性。 先用天平和量筒测出饱和食盐水的密度,再用自制的密度计进行测量并比较。你还可以用它测量其他已知密度的液体,看看测量值与实际值之间差异有多大。尝试用自制的密度计测量食用油、酱油、牛奶、果汁饮料等液体的密度,你发现了什么问题？ 自制密度计可以大致测量液体密度,但存在一定误差,因刻度不均匀,有的液体密度可能会要估读,对密度相近液体区分度不高,还会受液体附着、操作稳定性等因素影响。 h1 h2 5.改进提升。 想一想：如何使自制密度计上刻度线之间的距离大一些，以提高测量精度？如何改进才能使自制的密度计具有实用价值？ 图9-46 所示是实验室常用的玻璃密度计，请观察它的结构、测量范围、测量精度以及刻度间距。它的结构与自制的密度计有何不同？这对你改进设计有哪些启发？ h1 h2 △h=h2-h1 = gS G ρ2 1 ·( - ) ρ1 1 使刻线间距离大,应增大G,减小S。 通过减小密度计横截面积、增加配重增大刻度间距;以提高测量精度。 通过标刻度、换耐用材料、优化配重、密封防漏提升实用性; 实验室密度计下部有泡状结构,配重精准,精度高。 参考实验室密度计的泡状细管结构改进自制密度计。 交流与评价 1.你在完成设计和制作任务的过程中,遇到了哪些困难？你是如何解决的？ 困难有吸管无法竖直、刻度间距小、标度不准、吸管会变形易进水等,可通过调整配重、换细管、用标准液标定、选密封玻璃管解决。 数学思维帮助推导刻度规律;工程设计思维帮助优化设计、迭代改进。 2.你认为数学与工程设计的思维和能力,对你完成设计制作液体密度计这项任务有什么帮助？ 数学思维:利用阿基米德原理推导刻度规律(上小下大、上疏下密),通过计算确定配重、管体粗细对刻度间距的影响,让设计更精准。 工程设计思维:从需求出发,先做方案设计(选材料、定结构),再制作、测试、迭代改进,优化密度计的稳定性、精度、实用性,让作品符合实际使用要求。 方案设计: 优点:结构简单、原理清晰，利用漂浮条件制作,成本低; 不足:初始设计可能存在刻度间距小、稳定性差的问题,需要优化。 制作工艺: 优点:操作简便,适合手工制作; 不足:手工标定刻度、切割材料会存在误差,影响精度,可通过标准化操作改进。 检验结果: 若符合预期:能稳定漂浮、刻度基本准确、可粗略测量液体密度; 若不符合:需调整配重、更换更细的管体、重新标定刻度,提升精度和实用性。 3.从方案设计、制作工艺和检验结果是否符合预期要求等方面进行评价。 例小明按照教材中“综合实践活动”的要求制作简易密度计。 ⑴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。塞入金属丝的目的是使吸管能 在液体中。 ⑵将吸管放到水中如图(a),测得浸入水中长度为H;放到另一液体中情景如图(b),浸入的长度为h。用ρ液、ρ水分别表示液体和水的密度,则ρ液 ρ水(=/＞/＜),h与ρ水、ρ液、H关系h= 。 ⑶小明根据图(a)在吸管上标出1.0刻度线(单位g/cm3),再利用上述关系计算,标出了0.8、0.9、1.1、1.2的刻度线.结果发现,1.1刻线是在1.0刻线 (上/下)方,相邻刻线间距 (均匀/不均匀)。他至少测　 　次浸入液体(包含水)中的深度. ⑷为检验刻度误差,小明取来食油,用这个密度计测量.但操作时却出现了图(c)情形,在不更换食油的情况下,你认为可以进行怎样的尝试 。 竖直漂浮 ＞ 下 1 加油或换细长的容器装油增大油的深度 不均匀 2.如图同一木块分别放在甲、乙两液体中静止,下列判断正确的是 ( ) A.用木块能比较ρ甲、ρ乙大小 B.ρ甲＜ρ乙 C.用木块能测出ρ甲 D.m排甲＞m排乙 　　 1.如图所示,把一个自制的密度计分别放入两种不同液体中,下列判断中正确的是 ( )　　 A.这个密度计在甲液体中受到的浮力较大 B.这个密度计在乙液体中受到的浮力较大 C.甲种液体密度较大 D.密度计B处的刻度值应大于A处 D 检测练习 甲 乙 A 3.密度计是利用 原理制成的。如图是小明同学用一根竹筷和一段铅丝自制了一个简易密度计并将它分别放入甲、乙、丙三种液体中漂浮,在与液面相平处的竹筷上划了三条对应的刻度线,由此可知_____(甲/乙/丙)液体密度最小。当该简易密度计在这三种液体中测量密度时,它所受的浮力_______(甲中大/丙中大/一样大)。 4.如图是简易密度计,在木棒的一端缠绕一些铜丝,目的是使木棒___________在被测液体中。现将其先后放入装有不同液体的甲乙两个烧杯中,可以判断：ρ1____ρ2(</=/>,下同),该密度计两次测量中排开液体的质量分别为m1、m2，则m1_____m2。若密度计上标有刻度,则从下到上刻度值逐渐_______。 阿基米德 甲 一样大 竖直漂浮 ＜ = 变小 3.同学们自制简易密度计来粗略测量液体的密度,如图所示。在粗细均匀的吸管下端装入适量小钢球后用蜡封住并使其底部水平,吸管总长为16cm。g取10N/kg。 ⑴吸管下端封入小钢珠的作用是使密度计重心 (升高/降低),此时密度计所受到的浮力______(＜/＞/=)所受到的总重力。 ⑵根据浮沉关系,密度计露出液面的长度越长,测出的液体密度值越_____。 ⑶将密度计放入水中,静止时露出水面长度为12cm,放入某液体中,静止时露出液面长度为10cm,液体密度为_________kg/m3。 ⑷该密度计能测量的液体密度最小值是_________kg/m3。 ⑸要想提高密度计测量结果的精确度,可采取的改进方法是 。(写出一条即可) 降低 = 大 0.67×103 0.25×103 换用较细的吸管 4.小明准备制作简易密度计.⑴密度计是利用　 条件工作的.取一根粗细均匀的饮料吸管,在其 端塞入金属丝并用石蜡封口,放入水中,吸管竖直漂浮在水面上,吸管所受浮力为F浮1,如图小明感觉吸管浸入水中的长度偏大,在不改变吸管的前提下,他应　 　(填操作),再将吸管放入水中,吸管仍竖直漂浮在水面,吸管浸入水中长H,吸管所受浮力F浮2,则F浮1　F浮2。 ⑵再将此吸管放入另一液体中,测得此时吸管浸入液体中的长度为h,此时吸管所受浮力为F浮3.则F浮3　 　F浮2,液体密度的表达式为ρ液=　 　。 ⑶放入水中静止后,密度计与水面相平处标为 ,接着标出其他刻度线.结果发现,0.9刻线是在1.0刻线的　 　(上/下)方.将整个吸管均匀标上刻度。你认为 .理由是 。 ⑷制作的密度计刻线过密,不足有 ,改进方法有 。 漂浮 下 减小配重 ＞ ＝ 1g/cm3 上 不合理 ρ液V排成反比 难标刻度 读数误差大 增G或减S $