实践 制作水油沙漏 （举一反三·讲义）物理新教材沪科版八年级全一册

本初中物理讲义以“制作水油沙漏”为核心实践主题，串联古代计时工具（漏刻、沙漏）的历史背景，系统讲解水油密度差异（ρ油＜ρ水）导致分层流动的原理，通过器材准备、钻孔密封、装液组装等步骤构建从原理到实践的学习支架。 该资料突出项目式学习特色，以科学探究为主线设计实验操作与问题解决（如接口漏水改进、吸管粗细对流速影响），融入例题变式与跨学科拓展（太阳钟制作），培养学生模型建构与科学论证能力。课中辅助教师开展实践教学，课后通过分层作业帮助学生巩固密度应用与计时原理，提升科学态度与责任素养。

实践 制作水油沙漏 【新教材沪科版】 【知识框架+知识精讲（1个知识归纳+1个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 问题缘起情景导入 上面显示的是各种类型的古代测量时间的工具。其中沙漏也叫做沙钟，是古代一种测量时间的装置。当沙漏竖直放置并稳定后，其上部的细沙穿过狭窄管道流入下端空腔体，人们以此过程所耗时间来计时。如今沙漏的形态、颜色 等皆有不少变化，下面我们动手制作一个水油沙漏，感受一下沙漏计时吧。 知识归纳 活动方案 任务一：查阅资料并准备器材。查阅沙漏的发明史、水油沙漏的原理等 1.沙漏的发明史 西方发现最早的沙漏大约在公元1100年。我国古代发明了一种类似的东西叫做漏刻，即水钟。最低的壶里有一个铜人，手里捧着一支能够浮动的木箭，壶里水变多，木箭浮起来，根据它上面的刻度就可以知道时间。 2. 了解水油沙漏的原理 将一个水油沙漏按图中所示放置，会出现什么现象？ 因为ρ油＜ρ水，下方的油向上升，上方的水向下沉。 任务二：动手制作水油沙漏 选取两个相同的透明瓶子，将两瓶盖顶部粘接并在中间开孔，把两段吸管插入孔中，密封吸管与孔间缝隙。在一个瓶中装满染有颜色的水，拧上瓶盖，在另一个瓶中装满油。把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上，将装有油的瓶子置于底层放置。你也可用自己的方法设计并制作水油沙漏。 【实验器材】 两个塑料瓶、吸管、油、水、打孔器、热熔胶枪等。 【实验步骤】 1.钻孔处理：用打孔器在两个塑料瓶的瓶盖上各打两个孔，将吸管一长一短地插入孔中。 注意：两个瓶盖上孔的位置要相同。 2.连接密封：用热熔胶枪将两个瓶盖粘在一起，并密封吸管与孔间缝隙（避免漏水漏油 ）。 3.装液体：将水、油分别倒入两个塑料瓶中，将吸管插入瓶中，旋紧瓶盖（ 可以在水中加入色素，这样实验效果会更明显）。 4.组装沙漏：将装油的塑料瓶置于底层放置，一个水油沙漏就完成了。 问题解决：若制作中出现 “接口漏水”，讨论改进方法（如增加胶水用量、更换热熔胶密封）；若 “水和油混合”，分析原因（如装液体时搅拌过度）并调整操作（缓慢倒入液体，减少扰动）。 【例题】小闽在商店发现了如图甲所示的水油沙漏，他分析其原理并自制了一个水油沙漏， ρ油=0.9×103kg/m3 。请完成下列问题。 【任务一】分析水油沙漏的原理 （1）古代的人们充满智慧，很早就会利用自然界中的现象制作测量工具，沙漏可粗略测量的物理 量是______。 （2）将沙漏摇晃后静置在水平货架上，发现水和油逐渐分离，这是因为油的密度比水的密度____， 最后油会处于上层。 【任务二】制作水油沙漏 （3）找来两个相同的透明塑料瓶分别装满食用油和水，将两瓶的瓶盖连接密封、打孔后用两根吸管连接，快速拧上瓶子就制成了水油沙漏。把沙漏放在水平桌面上，很快水油流动起来，如图乙所示。此时吸管中滴落的是上层塑料瓶里装着的____。 （4）测得水油完全交换需要的时间是40 s。如果要制作一个1 min的沙漏，下列改进方法中可行的是___。 A. 将两个瓶子都换成小的 B. 只将装水瓶子换成大的 C. 将吸管都换成细一点的 D. 换成两个瓶盖大一点的瓶子 【任务三】拓展研究 （5）观察水油沙漏的过程中，小闽产生了一个疑问：“有什么办法能使水油沙漏中水油完全交换的时间缩 短？”他提出以下猜想：①左右摇晃水油沙漏；②上下摇晃水油沙漏；③拍打水油沙漏顶部。接着他设计了实验并将实验结果记录如下表： 实验次数 𝐴  𝐵  𝐶  𝐷  操作 △  左右摇晃 上下摇晃 拍打顶部 用时/s  300 260 360 308 ①表格中A次实验中“△ ”处的操作应为_________ ② 分析数据，可以得到的结论是________________________________。 ③仔细思考后，小闽认为：为得到较准确的结论，还应该______________。 【答案】（1）时间 （2）小 （3）水 （4）C （5）① 保持静止 ② 在相同条件下，左右摇晃的方法能使水油沙漏中的水油完全交换的时间缩短 ③ 进行多次实验 【解析】（1）（2）（3）水油沙漏原理是通过水和油不相溶的性质，以及它们不同的密度，使得油能够在水中上升，而水在油中下降，形成类似于传统沙漏的计时效果。 （4）如果要制作一个1分钟的沙漏，需要延长滴漏时间。可行的改进方法是将吸管都换成细一点的，这样可以减缓液体流动速度，从而延长滴漏时间至1分钟. （5）①表格中A次实验中“△ ”处的操作应为保持静止。 ② 分析数据，可以得到的结论是在相同条件下，左右摇晃的方法能使水油沙漏中的水油完全交换的时间缩短。 ③为得到较准确的结论，让结论具有普遍性，还应该进行多次实验。 【变式1】将两个瓶子的瓶盖拧下来后用热熔胶枪(胶水)将它们粘合起来，并确保粘合的牢固性。并打孔将两根吸管插入到瓶盖上。 （1）制作好的水油沙漏，装有水的瓶子在 (填“上面”或“下面”)。 （2）实验成功时将会观察到的现象： 。 【答案】（1）上面（2）水会一滴一滴地往下掉，而油会一点一点地上升，形成有趣的水油分离和流动现象 。 【解析】（1）制作好的水油沙漏，装有水的瓶子在上面，原因是水的密度大于油的密度，当水和油混合时，水会下沉到油的下方。 （2）实验成功时将会观察到的现象：水会一滴一滴地往下掉，而油会一点一点地上升，形成有趣的水油分离和流动现象。 【变式2】完成水油沙漏相关问题： (1)沙漏也叫________，是一种测量时间的装置。 (2)一般来说，水油沙漏是利用水和油的________性质来测量时间的。 (3)如何提高水油沙漏计时的准确性？ 【答案】（1）沙钟 （2）密度（3）见解析 【解析】(1)沙漏也叫沙钟，是一种测量时间的装置。 (2)一般来说，水油沙漏是利用水和油的密度性质来测量时间的。 （3）答：水和油的选择对于沙漏的计时准确性至关重要，应确保使用纯净、黏度稳定且流动性良好的液体； 沙漏容器的形状和大小，以及充当通道的吸管的直径和长度等都需要根据计时情况进行逐步微调，以确保液体流速的均匀性； 定期校准沙漏是确保其计时准确性的重要步骤，可以通过使用已知准确的计时器来比较沙漏的计时结果，并根据需要进行调整。 【变式3】“漏刻”是古代一种滴水计时的工具。项目式学习小组制作了一个漏刻，装置如图1，播水壶不断滴水，受水壶内由标尺与浮块组成的浮箭上升后，通过指针指向浮箭上标尺的刻度即可读取时间。 （1）测滴水量：播水壶装满水后，计划用烧杯接取滴水。为了减小误差，测量滴水的质量应选择以下方案中的______（填写序号）。 ①先测空烧杯质量，接水后再测滴水和烧杯的总质量。 ②先测滴水和烧杯的总质量，倒去水后再测烧杯质量。 测得1min滴水的质量为80g，则1刻钟（15min）滴水的体积为______； （2）分析测算：圆筒形受水壶内部底面积，浮箭总重6N，长方体浮块的底面积、高3cm。受水壶内无水时，指针对应标尺的位置标记为“←开始滴水”。滴水后，当浮箭刚浮起时，受到的浮力为______N，此时受水壶内的水面高度为______cm； （3）标尺定标：图2的标尺上每一格表示1cm，请你在标尺上对应位置标出“←3刻钟”______； （4）成品试测：经检测，漏刻每1刻钟的实际时间均超出15min，发现随着播水壶内水量减少，滴水间隔时间越来越长。为使滴水间隔时间相同，小组讨论后，将滴水壶装置改进成如图3所示，依据的物理知识是______。 【答案】 （1） ② 1200 （2）6 2 （3） （4）根据，水的深度保持不变，出水口的液体压强不变 【解析】（1）①先测空烧杯质量，接水后再测滴水和烧杯的总质量，这样两次的质量差就是水的质量，但在操作过程中，烧杯中的水不能全部倒出，导致测量的质量差偏小，误差较大； ②先测滴水和烧杯的总质量，再倒去水测烧杯质量，这样两次的质量差就是水的质量，质量差基本等于水的质量，误差较小。 故选②。 15min滴水的质量 m = 80g × 15 = 1200g = 1.2kg 由可得，15min滴水的体积 （2）当浮箭刚浮起时，浮箭处于漂浮状态，受到的浮力 由可得，浮箭排开水的体积 由V=Sh可得，水的高度 （3）浮箭的高度 在标尺上标出即可，见下图： （4）将滴水壶装置改进成如图3所示，相当于一个连通器，当播水壶内水量减少时，播水壶内液面下降，受水壶内液面上升，使播水壶内液面与受水壶内液面相平，从而使滴水间隔时间相同。 交流评价 1.测试计时：将水油沙漏竖直放置，用秒表记录 “上层液体（如水）完全流入下层” 所需的时间，重复3次取平均值；再与现代钟表对比，判断计时是否准确。 2.交流改进： ① 讨论 “如何提高计时准确性”：如调整吸管粗细（粗吸管流速快，计时短；细吸管流速慢，计时长）、控制液体体积（体积多，计时久）、优化密封程度（减少泄漏影响流速）。 ② 讨论 “如何让沙漏更美观”：如选择透明且造型简洁的瓶子、搭配对比鲜明的水和油颜色、在瓶身装饰图案等。 拓展研究 我国古人很早就利用阳光下物体影子的变化来判断时间。殷商时期的甲骨文，已有使用圭表的记载。请查阅资料并制作一个“太阳钟”。 模块三 课后作业 一、选择题(共3题) 1.水油沙漏能计时的核心原理是（ ） A. 水和油的质量不同 B. 水和油密度不同，在细管中流动有稳定速度 C. 瓶子的形状影响液体流动 D. 吸管的长度决定计时长短 【答案】B 【解析】水油沙漏能计时的核心原理是基于两种不同密度的液体在重力作用下的流动。 具体来说，水油沙漏由两个塑料瓶通过吸管连接而成，其中装有水和油两种不相溶的液体。由于油的密度小于水，因此在正常放置时，油位于上层，水位于下层。当沙漏被翻转时，油会通过吸管缓慢滴落，就像沙漏中的沙子一样。这种流动的速度取决于液体的黏度、重力以及吸管的粗细等因素。通过控制这些因素，可以制作出计时相对准确的水油沙漏。此外，为了提高计时的准确性，可以在瓶子上画上刻度，并且可以通过改变瓶子的大小和吸管的粗细来调整滴落速度。 2.制作水油沙漏时，密封吸管与瓶盖接口的主要目的是（ ） A. 防止水和油的颜色混合 B. 防止液体泄漏，保证流速稳定 C. 使瓶子更牢固 D. 方便瓶子之间的旋转组装 【答案】B 【解析】水油沙漏制作时密封吸管与瓶盖接口的主要目的是防止液体泄漏，确保沙漏的正常工作。如果接口处不密封，液体可能会从缝隙中渗出，影响沙漏的计时功能和实验效果。 在制作水油沙漏时，可以参考以下方法来确保接口的密封性： 使用合适的密封材料，如聚氨酯密封胶、聚硫密封胶等，填充接口处，确保密封材料填充均匀、饱满。 确保接口处的清洁和干燥，避免杂物和水分影响密封效果。 通过以上方法，可以有效防止液体泄漏，保证水油沙漏的正常运行。 3. 如图所示，日晷是我国古代的一种计时工具，它的计时原理利用的是（　　） A. 光的直线传播 B. 光的反射 C. 光的折射 D. 光的色散 【答案】A 【解析】日晷是我国古代的一种计时工具，它是利用光的直线传播来工作的。故BCD不符合题意，A符合题意。故选A。 二、填空题(共3题) 4. 水油沙漏是指在一个透明的密封容器里，装着两种不同密度的液体，一般为水和某种油。其原理是_________。 【答案】见解析 【解析】水油沙漏的具体原理是根据水和油的密度不同，密度大的落在下面就滴下去了。 5. 古代沙漏通过________穿过狭窄管道的时间计时；水油沙漏利用了水和油________的特点，使二者分层且在细管中流动来计时。 【答案】沙子 密度不同 【解析】古代沙漏通过沙子穿过狭窄管道的时间计时；水油沙漏利用了水和油密度不同的特点，使沙漏计时更加精确。沙漏是一种古老的计时装置，由两个封闭的玻璃空腔构成，通过沙子从上部玻璃空腔穿过狭窄的管道流入下部玻璃空腔所需的时间来测量时间。水油沙漏则是利用水和油的密度差异，使油浮在上层，水在下层，从而实现计时功能。影响沙漏计时的因素包括填充物的多少、玻璃球内壁的曲线形状、颈部管道的宽度、填充物的类型和质量。 6. 若水油沙漏计时比实际时间偏快，可能的原因是________（填一个即可）；若计时偏慢，可能的原因是________（填一个即可）。 【答案】吸管太粗 吸管太细。 【解析】若水油沙漏计时比实际时间偏快，可能的原因包括： 吸管太粗：吸管太粗会导致液体流速加快，从而使计时偏快。 倾斜摆放：将沙漏倾斜放置可以使液体更快流动，从而让计时偏快。 摇晃沙漏：摇晃沙漏可以加速液体的流动速度，使计时偏快。 沙漏的细孔过粗：细孔，液体流动速度越快，计时时间越短。 综上所述，若水油沙漏计时比实际时间偏快，可能的原因主要是吸管太粗、倾斜摆放、摇晃沙漏以及细孔等因素导致液体流速加快。 三、探究与实验题(共2题) 7.下面是制作水油沙漏的过程。完成填空。 【准备材料】有盖子的塑料瓶子(确保两个瓶子______)、防水胶、剪刀、吸管、着色的水、植物油等。 【实践操作】①准备瓶盖：将两个瓶子的瓶盖拧下来。让两个瓶盖背对背挨在一起，用胶水将它们粘合起来。如果使用热熔胶枪，可以更快地完成这一步骤，并确保粘合的牢固性。 ②打孔：使用剪刀或锥子在粘合后的瓶盖两侧各打一个小孔，确保孔的大小能够让吸管顺利插入。将两根吸管分别插入两个小孔中，确保吸管插入的长度适中，不会过长或过短。密封吸管与孔间缝隙。 ③准备液体：在一个瓶子中装满____，可以加入几滴色素，让水变得有色，在另一个瓶子中装满_____。 ④组装：把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上。拧紧瓶盖，确保不会漏水或漏油。如果不确定是否拧紧，可以在瓶盖的边缘再涂抹一些胶水进行加固。 ⑤观察：将装有油的瓶子置于底层放置。 ⑥记录数据：记录吸管不同长度下水和油的流动速度以及达到平衡所需的时间。通过对比数据，分析吸管长度对实验效果的影响。 实验序号 1 2 3 ··· 吸管长度/cm 液体完全通过时间/s 注意：操作过程中使用剪刀时注意安全，不要伤及自身或他人，并注意所有实验物品都不可______。 【小组展示】 （1）制作完成后，小组交流展示本组的作品，按评价量表评估作品的优缺点，形成增强水油沙漏计时的准确性和美观性观点和认识。 （2）提出修正意见，并改进实践方案，以修正作品。 【知识拓展】了解古人利用光学知识，采用圭表、日晷等计时的方法，了解“太阳钟”的计时原理，课下动手制作一个“太阳钟”。 【答案】见解析 【解析】【准备材料】相同 【实践操作】 ③水 油 食用 8. 跨学科实践：制作水油沙漏 【项目提出】沙漏也叫做沙钟，是古代一种测量时间的装置。当沙漏竖直放置并稳定后，其上部的细沙穿过狭窄管道流入下端空腔体，人们以此过程所耗时间来计时。如今沙漏的形态、颜色等皆有不少变化，下面我们动手制作一个水油沙漏。 【项目分析】水油沙漏是一种利用两种不同的液体的不相溶性和密度差异来实现定时滴落的装置。 【项目实施】 第一项：材料准备 两个带瓶盖的透明小瓶子、油、色素、水、剪刀、几组粗细不同的吸管、热熔胶等。 第二项：制作步骤 (1)如图所示，将两个相同的透明瓶子的两瓶盖顶部用热熔胶粘接并在中间开孔，将其中一组粗细相同的两根吸管插入孔中，密封吸管与孔缝隙。 (2)在一个瓶中装满有色素的水，在另一个瓶子装满油，拧紧瓶盖，确保瓶盖不漏水或油。这样就制作成了一个水油沙漏。 (3)制作好的水油沙漏，装有水的那个瓶子在_______(填“上面”或“下面”)，这样做的原因是______。 第三项：实验步骤 (1)依次换用另外几组吸管制作水油沙漏进行实验。 (2)观察到的现象是水珠_________，油珠__________。(均填“从上往下流”或“从下往上流”) (3)记录不同直径的吸管中水和油的流速及达到平衡所需的时间，如下表所示： 第四项：实验结论 (1)在其他条件不变的情况下，吸管越粗，液体完全通过的时间越____。 (2)本实验采用了___________法。 【交流评估】 （1）就影响水和油的流速从而影响水油沙漏的计时时间的因素，同学们展开了讨论，除上述管子的粗细外，请你再写出两个因素是____________、__________________。 （2）小明提出可以用密度相同的两种不相溶的液体制作沙漏的猜想，你认为________(填“可以”或“不可以”)。 （3）调试过程中发现水油沙漏流速偏快，为了准确计时，下列方法可行的是____。 A．换较细的吸管　　B．两瓶子尽量大些 【拓展探究】 如图甲所示，日晷主要由相互垂直的“晷面”和“晷针”组成。为了研究日晷的工作原理，贵阳某中学的小滨同学用水平木板模拟晷面，用铅笔模拟晷针，制成“简易日晷”，落实跨学科实践。小滨将制成的“简易日晷”放在水平面上，在太阳光下每隔10 min记录一次铅笔影子顶端的位置，如图乙所示。影子顶端随时间的变化轨迹如图丙所示，其中OA是一天中最短的影子。 (1)图乙中，铅笔能在阳光下形成影子是由于光的____________。 (2)图丙中，最短的影子OA所指方向大致为_____(填“东”“南”“西”或“北”)方。实验中记录的影子转动方向是_____(填“顺”或“逆”)时针，整个实验过程中，影子的长度变化情况是 ________________。 【答案】 【项目实施】 第二项：制作步骤（3） 上面 水的密度大于油的密度，当水和油混合时，水会下沉到油的下面。 第三项：实验步骤（2） 从上往下流 从下往上流 第四项：实验结论 （1 ） 短（2）控制变量 【交流评估】 （1）吸管的长度 吸管的弯曲程度 （2） 不可以（3）A 【拓展探究】 （1）直线传播（2）北 顺 先变短后变长 四、综合应用题(共1题) 9. 小浪所在的项目式学习小组在老师的指导下开展跨学科实践“制作水油沙漏”，他们选取了两个相 同的容积为500 cm3 透明瓶子，将两瓶盖顶部粘接并在中间开孔，把两根吸管插入孔中并密封吸管与孔 间间隙，在两瓶中分别装满水和油后迅速拧上瓶盖，如图是项目成果展示，已知ρ水=1.0×103 kg/m3 ， ρ酒精=0.8×103  kg/m3 ，不考虑吸管体积，求： （1）瓶中所装水的质量是多少？ （2）装入液体前小浪将整个空装置放在电子秤上称出质量为150 g，装满液体后称出总质量为1.1 kg ，瓶中所用油的密度是多少？ （3）在项目评价环节中，小琳提到可以利用酒精改变水的密度实现“沙漏”流动速度的调节，从而准确控制“沙漏”时间。小组成员尝试用酒精和水配出密度为0.95×103 kg/m3 的混合物代替原来瓶中的水，减缓“沙漏”流速延长时间，所需要酒精的质量至少为多少？请你另外设计一个延长“沙漏”时间的方案（简单文字描述）。 【答案】见解析。 【解析】（1）水的质量 m水=ρ水V=1.0g/cm3×500cm3 =500g=0.5kg （2）油的质量m油=m−m空−m水=1.1kg−150×10-3 kg−0.5kg=0.45kg=450g ， 油的密度ρ油=m油/V=450g/500cm3 =0.9g/cm3 。 （3）一瓶配好的混合液的质量 m总=ρ混合V=0.95g/cm3×500cm3 =475g ， 设一瓶配好的混合液中酒精的质量为m酒精 ，则水的质量为m总−m酒精， 则m酒精/ρ酒精+m总−m酒精/ρ水=V ， 代入数据得m酒精/0.8g/cm3 +475g−m酒精/1.0g/cm3 =500cm3 ，解得 m酒精=100g ； 延长“沙漏”时间的方案：换用较细的吸管。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 实践 制作水油沙漏 【新教材沪科版】 【知识框架+知识精讲（1个知识归纳+1个题型）+课后作业】 模块二 知识精讲 问题缘起情景导入 上面显示的是各种类型的古代测量时间的工具。其中沙漏也叫做沙钟，是古代一种测量时间的装置。当沙漏竖直放置并稳定后，其上部的细沙穿过狭窄管道流入下端空腔体，人们以此过程所耗时间来计时。如今沙漏的形态、颜色 等皆有不少变化，下面我们动手制作一个水油沙漏，感受一下沙漏计时吧。 知识归纳 活动方案 任务一：查阅资料并准备器材。查阅沙漏的发明史、水油沙漏的原理等 1.沙漏的发明史 西方发现最早的沙漏大约在公元1100年。我国古代发明了一种类似的东西叫做漏刻，即水钟。最低的壶里有一个铜人，手里捧着一支能够浮动的木箭，壶里水变多，木箭浮起来，根据它上面的刻度就可以知道时间。 2. 了解水油沙漏的原理 将一个水油沙漏按图中所示放置，会出现什么现象？ 因为ρ油＜ρ水，下方的油向上升，上方的水向下沉。 任务二：动手制作水油沙漏 选取两个相同的透明瓶子，将两瓶盖顶部粘接并在中间开孔，把两段吸管插入孔中，密封吸管与孔间缝隙。在一个瓶中装满染有颜色的水，拧上瓶盖，在另一个瓶中装满油。把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上，将装有油的瓶子置于底层放置。你也可用自己的方法设计并制作水油沙漏。 【实验器材】 两个塑料瓶、吸管、油、水、打孔器、热熔胶枪等。 【实验步骤】 1.钻孔处理：用打孔器在两个塑料瓶的瓶盖上各打两个孔，将吸管一长一短地插入孔中。 注意：两个瓶盖上孔的位置要相同。 2.连接密封：用热熔胶枪将两个瓶盖粘在一起，并密封吸管与孔间缝隙（避免漏水漏油 ）。 3.装液体：将水、油分别倒入两个塑料瓶中，将吸管插入瓶中，旋紧瓶盖（ 可以在水中加入色素，这样实验效果会更明显）。 4.组装沙漏：将装油的塑料瓶置于底层放置，一个水油沙漏就完成了。 问题解决：若制作中出现 “接口漏水”，讨论改进方法（如增加胶水用量、更换热熔胶密封）；若 “水和油混合”，分析原因（如装液体时搅拌过度）并调整操作（缓慢倒入液体，减少扰动）。 【例题】小闽在商店发现了如图甲所示的水油沙漏，他分析其原理并自制了一个水油沙漏， ρ油=0.9×103kg/m3 。请完成下列问题。 【任务一】分析水油沙漏的原理 （1）古代的人们充满智慧，很早就会利用自然界中的现象制作测量工具，沙漏可粗略测量的物理 量是______。 （2）将沙漏摇晃后静置在水平货架上，发现水和油逐渐分离，这是因为油的密度比水的密度____， 最后油会处于上层。 【任务二】制作水油沙漏 （3）找来两个相同的透明塑料瓶分别装满食用油和水，将两瓶的瓶盖连接密封、打孔后用两根吸管连接，快速拧上瓶子就制成了水油沙漏。把沙漏放在水平桌面上，很快水油流动起来，如图乙所示。此时吸管中滴落的是上层塑料瓶里装着的____。 （4）测得水油完全交换需要的时间是40 s。如果要制作一个1 min的沙漏，下列改进方法中可行的是___。 A. 将两个瓶子都换成小的 B. 只将装水瓶子换成大的 C. 将吸管都换成细一点的 D. 换成两个瓶盖大一点的瓶子 【任务三】拓展研究 （5）观察水油沙漏的过程中，小闽产生了一个疑问：“有什么办法能使水油沙漏中水油完全交换的时间缩 短？”他提出以下猜想：①左右摇晃水油沙漏；②上下摇晃水油沙漏；③拍打水油沙漏顶部。接着他设计了实验并将实验结果记录如下表： 实验次数 𝐴  𝐵  𝐶  𝐷  操作 △  左右摇晃 上下摇晃 拍打顶部 用时/s  300 260 360 308 ①表格中A次实验中“△ ”处的操作应为_________ ② 分析数据，可以得到的结论是________________________________。 ③仔细思考后，小闽认为：为得到较准确的结论，还应该______________。 【答案】（1）时间 （2）小 （3）水 （4）C （5）① 保持静止 ② 在相同条件下，左右摇晃的方法能使水油沙漏中的水油完全交换的时间缩短 ③ 进行多次实验 【解析】（1）（2）（3）水油沙漏原理是通过水和油不相溶的性质，以及它们不同的密度，使得油能够在水中上升，而水在油中下降，形成类似于传统沙漏的计时效果。 （4）如果要制作一个1分钟的沙漏，需要延长滴漏时间。可行的改进方法是将吸管都换成细一点的，这样可以减缓液体流动速度，从而延长滴漏时间至1分钟. （5）①表格中A次实验中“△ ”处的操作应为保持静止。 ② 分析数据，可以得到的结论是在相同条件下，左右摇晃的方法能使水油沙漏中的水油完全交换的时间缩短。 ③为得到较准确的结论，让结论具有普遍性，还应该进行多次实验。 【变式1】将两个瓶子的瓶盖拧下来后用热熔胶枪(胶水)将它们粘合起来，并确保粘合的牢固性。并打孔将两根吸管插入到瓶盖上。 （1）制作好的水油沙漏，装有水的瓶子在 (填“上面”或“下面”)。 （2）实验成功时将会观察到的现象： 。 【变式2】完成水油沙漏相关问题： (1)沙漏也叫________，是一种测量时间的装置。 (2)一般来说，水油沙漏是利用水和油的________性质来测量时间的。 (3)如何提高水油沙漏计时的准确性？ 【变式3】“漏刻”是古代一种滴水计时的工具。项目式学习小组制作了一个漏刻，装置如图1，播水壶不断滴水，受水壶内由标尺与浮块组成的浮箭上升后，通过指针指向浮箭上标尺的刻度即可读取时间。 （1）测滴水量：播水壶装满水后，计划用烧杯接取滴水。为了减小误差，测量滴水的质量应选择以下方案中的______（填写序号）。 ①先测空烧杯质量，接水后再测滴水和烧杯的总质量。 ②先测滴水和烧杯的总质量，倒去水后再测烧杯质量。 测得1min滴水的质量为80g，则1刻钟（15min）滴水的体积为______； （2）分析测算：圆筒形受水壶内部底面积，浮箭总重6N，长方体浮块的底面积、高3cm。受水壶内无水时，指针对应标尺的位置标记为“←开始滴水”。滴水后，当浮箭刚浮起时，受到的浮力为______N，此时受水壶内的水面高度为______cm； （3）标尺定标：图2的标尺上每一格表示1cm，请你在标尺上对应位置标出“←3刻钟”______； （4）成品试测：经检测，漏刻每1刻钟的实际时间均超出15min，发现随着播水壶内水量减少，滴水间隔时间越来越长。为使滴水间隔时间相同，小组讨论后，将滴水壶装置改进成如图3所示，依据的物理知识是______。 交流评价 1.测试计时：将水油沙漏竖直放置，用秒表记录 “上层液体（如水）完全流入下层” 所需的时间，重复3次取平均值；再与现代钟表对比，判断计时是否准确。 2.交流改进： ① 讨论 “如何提高计时准确性”：如调整吸管粗细（粗吸管流速快，计时短；细吸管流速慢，计时长）、控制液体体积（体积多，计时久）、优化密封程度（减少泄漏影响流速）。 ② 讨论 “如何让沙漏更美观”：如选择透明且造型简洁的瓶子、搭配对比鲜明的水和油颜色、在瓶身装饰图案等。 拓展研究 我国古人很早就利用阳光下物体影子的变化来判断时间。殷商时期的甲骨文，已有使用圭表的记载。请查阅资料并制作一个“太阳钟”。 模块三 课后作业 一、选择题(共3题) 1.水油沙漏能计时的核心原理是（ ） A. 水和油的质量不同 B. 水和油密度不同，在细管中流动有稳定速度 C. 瓶子的形状影响液体流动 D. 吸管的长度决定计时长短 2.制作水油沙漏时，密封吸管与瓶盖接口的主要目的是（ ） A. 防止水和油的颜色混合 B. 防止液体泄漏，保证流速稳定 C. 使瓶子更牢固 D. 方便瓶子之间的旋转组装 3. 如图所示，日晷是我国古代的一种计时工具，它的计时原理利用的是（　　） A. 光的直线传播 B. 光的反射 C. 光的折射 D. 光的色散 二、填空题(共3题) 4. 水油沙漏是指在一个透明的密封容器里，装着两种不同密度的液体，一般为水和某种油。其原理是_________。 5. 古代沙漏通过________穿过狭窄管道的时间计时；水油沙漏利用了水和油________的特点，使二者分层且在细管中流动来计时。 6. 若水油沙漏计时比实际时间偏快，可能的原因是________（填一个即可）；若计时偏慢，可能的原因是________（填一个即可）。 三、探究与实验题(共2题) 7.下面是制作水油沙漏的过程。完成填空。 【准备材料】有盖子的塑料瓶子(确保两个瓶子______)、防水胶、剪刀、吸管、着色的水、植物油等。 【实践操作】①准备瓶盖：将两个瓶子的瓶盖拧下来。让两个瓶盖背对背挨在一起，用胶水将它们粘合起来。如果使用热熔胶枪，可以更快地完成这一步骤，并确保粘合的牢固性。 ②打孔：使用剪刀或锥子在粘合后的瓶盖两侧各打一个小孔，确保孔的大小能够让吸管顺利插入。将两根吸管分别插入两个小孔中，确保吸管插入的长度适中，不会过长或过短。密封吸管与孔间缝隙。 ③准备液体：在一个瓶子中装满____，可以加入几滴色素，让水变得有色，在另一个瓶子中装满_____。 ④组装：把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上。拧紧瓶盖，确保不会漏水或漏油。如果不确定是否拧紧，可以在瓶盖的边缘再涂抹一些胶水进行加固。 ⑤观察：将装有油的瓶子置于底层放置。 ⑥记录数据：记录吸管不同长度下水和油的流动速度以及达到平衡所需的时间。通过对比数据，分析吸管长度对实验效果的影响。 实验序号 1 2 3 ··· 吸管长度/cm 液体完全通过时间/s 注意：操作过程中使用剪刀时注意安全，不要伤及自身或他人，并注意所有实验物品都不可______。 【小组展示】 （1）制作完成后，小组交流展示本组的作品，按评价量表评估作品的优缺点，形成增强水油沙漏计时的准确性和美观性观点和认识。 （2）提出修正意见，并改进实践方案，以修正作品。 【知识拓展】了解古人利用光学知识，采用圭表、日晷等计时的方法，了解“太阳钟”的计时原理，课下动手制作一个“太阳钟”。 8. 跨学科实践：制作水油沙漏 【项目提出】沙漏也叫做沙钟，是古代一种测量时间的装置。当沙漏竖直放置并稳定后，其上部的细沙穿过狭窄管道流入下端空腔体，人们以此过程所耗时间来计时。如今沙漏的形态、颜色等皆有不少变化，下面我们动手制作一个水油沙漏。 【项目分析】水油沙漏是一种利用两种不同的液体的不相溶性和密度差异来实现定时滴落的装置。 【项目实施】 第一项：材料准备 两个带瓶盖的透明小瓶子、油、色素、水、剪刀、几组粗细不同的吸管、热熔胶等。 第二项：制作步骤 (1)如图所示，将两个相同的透明瓶子的两瓶盖顶部用热熔胶粘接并在中间开孔，将其中一组粗细相同的两根吸管插入孔中，密封吸管与孔缝隙。 (2)在一个瓶中装满有色素的水，在另一个瓶子装满油，拧紧瓶盖，确保瓶盖不漏水或油。这样就制作成了一个水油沙漏。 (3)制作好的水油沙漏，装有水的那个瓶子在_______(填“上面”或“下面”)，这样做的原因是______。 第三项：实验步骤 (1)依次换用另外几组吸管制作水油沙漏进行实验。 (2)观察到的现象是水珠_________，油珠__________。(均填“从上往下流”或“从下往上流”) (3)记录不同直径的吸管中水和油的流速及达到平衡所需的时间，如下表所示： 第四项：实验结论 (1)在其他条件不变的情况下，吸管越粗，液体完全通过的时间越____。 (2)本实验采用了___________法。 【交流评估】 （1）就影响水和油的流速从而影响水油沙漏的计时时间的因素，同学们展开了讨论，除上述管子的粗细外，请你再写出两个因素是____________、__________________。 （2）小明提出可以用密度相同的两种不相溶的液体制作沙漏的猜想，你认为________(填“可以”或“不可以”)。 （3）调试过程中发现水油沙漏流速偏快，为了准确计时，下列方法可行的是____。 A．换较细的吸管　　B．两瓶子尽量大些 【拓展探究】 如图甲所示，日晷主要由相互垂直的“晷面”和“晷针”组成。为了研究日晷的工作原理，贵阳某中学的小滨同学用水平木板模拟晷面，用铅笔模拟晷针，制成“简易日晷”，落实跨学科实践。小滨将制成的“简易日晷”放在水平面上，在太阳光下每隔10 min记录一次铅笔影子顶端的位置，如图乙所示。影子顶端随时间的变化轨迹如图丙所示，其中OA是一天中最短的影子。 (1)图乙中，铅笔能在阳光下形成影子是由于光的____________。 (2)图丙中，最短的影子OA所指方向大致为_____(填“东”“南”“西”或“北”)方。实验中记录的影子转动方向是_____(填“顺”或“逆”)时针，整个实验过程中，影子的长度变化情况是 ________________。 四、综合应用题(共1题) 9. 小浪所在的项目式学习小组在老师的指导下开展跨学科实践“制作水油沙漏”，他们选取了两个相 同的容积为500 cm3 透明瓶子，将两瓶盖顶部粘接并在中间开孔，把两根吸管插入孔中并密封吸管与孔 间间隙，在两瓶中分别装满水和油后迅速拧上瓶盖，如图是项目成果展示，已知ρ水=1.0×103 kg/m3 ， ρ酒精=0.8×103  kg/m3 ，不考虑吸管体积，求： （1）瓶中所装水的质量是多少？ （2）装入液体前小浪将整个空装置放在电子秤上称出质量为150 g，装满液体后称出总质量为1.1 kg ，瓶中所用油的密度是多少？ （3）在项目评价环节中，小琳提到可以利用酒精改变水的密度实现“沙漏”流动速度的调节，从而准确控制“沙漏”时间。小组成员尝试用酒精和水配出密度为0.95×103 kg/m3 的混合物代替原来瓶中的水，减缓“沙漏”流速延长时间，所需要酒精的质量至少为多少？请你另外设计一个延长“沙漏”时间的方案（简单文字描述）。 第 1 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $