第四节 测量：固体和液体的密度（教学设计）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“测量固体和液体的密度”核心实验，以《汉书・食货志》“以水度金”古代计量智慧导入，承接密度概念与公式，构建从工具使用到误差分析的完整实验认知体系。 通过分组实验掌握量筒读数、排水法测体积，结合剩余法优化液体测量方案，融入悬重法等特殊固体测量拓展，辅以古代计量科普视频和规范操作演示视频。以科学探究培养实验能力，科学思维深化误差分析，科学态度渗透严谨精神，助力教师落实核心素养，提升学生实验操作与问题解决能力。

第四节 测量：固体和液体的密度（教学设计） 年级 八年级全一册 学科 物理 教师 课题 第四节 测量：固体和液体的密度 教学 目标 物理观念 1. 认识量筒与量杯的结构与功能，掌握量筒的正确读数方法； 2. 掌握密度测量的实验原理，巩固密度公式的定量应用； 3. 建立密度测量的完整实验认知体系，理解排水法、剩余法的测量思想。 科学思维 1. 能分析实验步骤对测量结果的误差影响，判断误差的方向与大小； 2. 掌握优化实验方案的逻辑方法，辨析不同测量顺序的误差差异； 3. 能针对漂浮、易吸水等特殊固体设计拓展测量方案，培养误差分析与方案优化的科学思维。 科学探究 1. 能规范使用天平与量筒，独立完成不规则固体和液体的密度测量实验； 2. 学会设计实验步骤、记录实验数据、处理实验结果，提升实验操作与数据处理能力； 3. 能通过多次测量取平均值减小误差，掌握累积法、转换法等实验思想。 科学态度 与责任 1. 养成规范操作、爱护实验器材的实验习惯，树立误差意识与严谨求实的科学态度； 2. 体会密度测量在生产生活中的应用价值，认识计量精准的重要意义； 3. 感受古代计量智慧与现代实验科学的传承，培养科学探究的工匠精神。 教材 分析 本节是第五章《质量与密度》的核心实验课，承接上一节密度的概念与公式，是初中物理第一个完整的定量测量实验。教材以《汉书・食货志》的古代计量记载引入，系统讲解量筒的使用方法、不规则固体的排水法测体积、固体与液体密度的测量步骤，深入分析实验误差与方案优化，拓展特殊物体的测量方法。本节课既是密度概念的实践落地，也是培养学生实验操作能力、误差分析能力、科学探究思维的重要载体，对学生形成规范的实验素养、掌握定量研究方法具有奠基意义。 学情分析 1. 知识储备：学生已掌握质量的测量方法、密度的概念与公式，会使用托盘天平，但对量筒的规范使用、实验步骤的设计、误差的分析不熟悉。 2. 能力特点：学生动手实验兴趣浓厚，但操作规范性不足，容易出现读数错误、步骤颠倒等问题；对实验误差的分析能力薄弱，只能判断对错，不能分析偏差方向与大小。 3. 学习特点：学生喜欢动手操作，但容易重操作轻原理，对实验方法的物理思想、误差产生的深层原因需要系统引导。 教学重点 1. 量筒的正确读数方法与体积测量； 2. 固体与液体密度测量的实验原理与规范操作步骤； 3. 实验数据记录与密度计算。 教学难点 1. 实验步骤顺序对测量结果的误差影响，误差的方向判断； 2. 针对不同测量对象设计合理的实验方案，最小化系统误差； 3. 漂浮、易吸水等特殊固体的密度测量方案。 教学 器材 分组实验器材：托盘天平及砝码、量筒（100mL）、小石块、盐水、烧杯、细线、水、滴管； 演示器材：量筒模型、读数正误对比装置、实验误差分析动画； 多媒体素材：古代密度测量科普视频、规范操作演示视频。 教师活动 学生活动 导入新课 【文化情境引入】引用《汉书・食货志》：“辨物之轻重，度物之多少，权衡规矩，皆有法式。” 讲解：早在战国时期，古人便掌握了 “以水度金” 的方法 —— 黄金浸入水中，通过排水测体积，结合质量计算比重，判断黄金纯度，这与现代密度测量原理完全一致。 提出问题：实验室中如何精准测量固体和液体的密度？需要用到哪些工具？ 引入课题：今天我们就走进实验室，学习用天平和量筒测量固体和液体的密度。 感受古代计量智慧，结合已有知识思考密度测量的方法； 回顾密度公式，明确实验原理，猜想需要的实验器材； 明确本节课的实验任务与学习目标。 学习新课 一、体积的测量 1. 量筒与量杯 展示量筒与量杯实物，对比讲解结构： - 量筒：上下粗细均匀，刻度均匀； - 量杯：上粗下细，刻度上密下疏。 核心参数：量程（最大测量值）、分度值（测量精度）。 2. 量筒的读数规则 演示量筒读数，强调： - 放置：放在水平桌面上； - 视线：与凹液面的底部相平（水等大多数液体）；与凸液面的顶部相平（水银等）。 误差分析：俯视读数偏大，仰视读数偏小。 口诀：虎（俯）大，羊（仰）小。 3. 排水法测不规则固体体积 提出问题：形状不规则的固体，体积怎么测量？ 讲解排水法： ① 向量筒中倒入适量的水，读出水的体积； ② 用细线系住固体，缓慢浸没在水中，读出总体积； ③ 固体体积 。 强调 “适量的水”：既能完全浸没固体，浸没后液面又不超过量筒量程。 物理思想：转换法 —— 将难以直接测量的固体体积，转化为容易测量的液体体积差。 4. 典例分析 讲解课件例 1、例 2，巩固量筒的读数与误差分析。 观察量筒与量杯，区分结构与刻度特点； 明确量程与分度值的含义； 掌握量筒的读数规则，理解俯视、仰视的误差； 理解排水法的原理与操作要点； 体会转换法的物理思想； 完成典例练习，巩固体积测量的知识。 学习新课 二、测量固体的密度 1. 实验原理 引导学生回顾：，需要测量的物理量：质量、体积。 实验器材：天平、量筒、水、细线、小石块。 2. 实验步骤 分步讲解规范操作： 步骤一：用天平测出小石块的质量； 步骤二：向量筒中倒入适量的水，测出水的体积； 步骤三：用细线系好石块，缓慢浸没在水中，测出总体积； 步骤四：计算石块的体积 ，再计算密度 。 强调：先测质量，后测体积 —— 避免石块沾水导致质量测量偏大。 3. 学生分组实验 学生分组测量小石块的密度，记录实验数据，教师巡视指导，纠正不规范操作。 4. 误差分析 引导学生讨论： ① 如果先测体积、后测质量，石块沾水，会导致质量测量偏大，密度偏大； ② 细线太粗，会导致体积测量偏大，密度偏小； ③ 量筒读数俯视或仰视，对结果的影响。 5. 拓展：特殊固体的测量 提出问题：蜡块漂浮在水面上，怎么测体积？ 讲解悬重法：在蜡块下方系一个重物，先测重物和水的总体积，再测重物、蜡块和水的总体积，两次体积差就是蜡块的体积。 拓展：易吸水的物体，可先包裹防水薄膜，或先让物体吸饱水后再测量体积。 明确实验原理与器材； 掌握固体密度测量的规范步骤； 理解操作顺序的原因； 分组完成实验，规范操作，记录数据，计算密度； 分析不同操作误差对结果的影响，提升误差分析能力； 了解特殊固体的测量方法，拓展实验思维。 学习新课 三、测量液体的密度 1. 实验方案设计 提出问题：如何测量盐水的密度？ 引导学生设计方案，分析误差： 方案一（全倒法）：测空烧杯质量→测烧杯和液体总质量→全部倒入量筒测体积→计算。 误差分析：烧杯内壁残留液体，导致体积测量偏小，密度偏大。 方案二（剩余法）： 步骤一：用天平测出烧杯和盐水的总质量； 步骤二：将烧杯中的部分盐水倒入量筒，测出量筒中盐水的体积； 步骤三：用天平测出烧杯和剩余盐水的总质量； 步骤四：计算量筒中盐水的质量 ，密度 。 优点：规避烧杯内壁残留的影响，显著减小误差。 2. 学生分组实验 学生分组测量盐水的密度，记录数据，教师巡视指导。 3. 方法总结 强调：多次测量取平均值，减小偶然误差，使结果更接近真实值。 4. 典例分析 讲解课件例 3、例 4，巩固实验操作、数据处理与误差分析。 设计液体密度测量方案，分析全倒法的误差； 掌握剩余法的实验步骤与优点； 分组完成液体密度测量实验，规范操作，记录数据； 理解多次测量减小误差的思想； 完成典例练习，巩固实验方法与误差分析。 课 堂 练 习 1．小星想一次较准确地量出61cm3的水。下列四种规格的量筒中，最合适的是（　　） A．最大测量值是100mL，分度值是1mL B．最大测量值是200mL，分度值是2mL C．最大测量值是50mL，分度值是1mL D．最大测量值是50mL，分度值是2mL 【答案】A 【解析】要一次较准确地量出61 cm3=61 mL的水，所选的量筒最大测量值不能比被测液体的体积小，故C、D不符合题意。所选测量工具的分度值越小，测量结果越精确，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 2．以下是某同学测定煤油的密度的一些实验步骤：（1）用天平测出空矿泉水瓶的质量m； （2）在矿泉水瓶里装满水，用天平测出它们的总质量m1；（3）用矿泉水瓶装满煤油，用天平测出它们的总质量m2；（4）用量筒测出矿泉水瓶里所盛煤油的体积V；（5）计算煤油的密度。这些步骤中可省去的是（　　） A．（1） B．（2）或（4） C．（3） D．都不能省去 【答案】B 【解析】为测出一定体积下的质量，要根据矿泉水瓶的质量与煤油质量的和减去矿泉水瓶的质量，因此（1）不能省去； 一定质量的煤油的体积可由量筒量出或根据水的质量与密度求出其体积，所以可省去（2）或（4）； 要根据矿泉水瓶的质量与煤油质量的和减去矿泉水瓶的质量得到煤油的质量，因此（3）不能省去；（5）计算煤油的密度不能省去，综上所述，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．在用天平和量筒测量固体密度的实验中，下列说法正确的是（　　） A．测量时先测物体的体积，再测物体的质量 B．用调好的天平称量物体质量时，物体应放在天平的左盘中 C．称量物体质量过程中，若横梁不水平平衡，可调节平衡螺母 D．先用天平测量一些绿豆的质量，再用量筒和水测量这些绿豆的体积 【答案】B 【解析】A．如果先测物体体积，物体从量筒中取出时会沾水，再测质量会使质量测量值偏大，所以应先测质量，再测体积，故A错误； B．用调好的天平称量物体质量时，按照 “左物右码” 的原则，物体应放在天平的左盘中，故B正确； C．称量物体质量过程中，若横梁不水平平衡，应通过增减砝码或移动游码来调节，不能调节平衡螺母，平衡螺母是在称量前调节天平平衡用的，故C错误； D．用排水法测量绿豆体积时，绿豆之间易残留气泡，或绿豆会吸水，导致体积测量不准确，故D错误。 故选B。 4．小明家有一枚质量为2.1g的银币（），他想用量筒测算出该银币是不是纯银的，所用的量筒的规格如图所示，此量筒的分度值是______mL他能否鉴别出该银币？______（选填“能”或“不能”）。理由是：______。 【答案】 1 不能 硬币的体积小于量筒的分度值 【解析】[1]由图知，量筒每大格为10mL，平均分成10小格，故量筒的分度值是1mL。 [2][3]假设银币是纯银的，银币的体积： 银币的体积可能小于量筒的分度值，所以用量筒测量银币的体积时，会使测量值不准确，也就无法由得出准确的密度值，所以用量筒不能鉴别出该银币是不是纯银的。 5．在测量金属块密度的实验中，图甲所示的天平测量的金属块的质量为________g；量筒中原有40mL的水，放入金属块后如图乙所示，金属块的密度为________kg/m3 【答案】 54 2.7 【解析】[1][2]由甲图可以读出金属块的质量为,量筒中原有40mL的水，放入金属块后由乙图可以读出此时水和金属块的总体积为60mL，所以金属块的体积为20mL，根据密度计算公式，可得金属块的密度 6．小明利用天平、水和烧杯来测量一不规则小石块的密度，先用调节好的托盘天平测量小石块的质量，测得质量为62g；接着小明进行了如下实验并测出相应质量如图所示。则取出小石块时沾有___________g的水，该小石块的真实体积为___________cm3，密度为___________kg/m3(ρ水=1.0×103kg/m3)。 【答案】 2 31 【解析】[1]原来烧杯、水和小石块的总质量为，取出小石块后烧杯和水的总质量为，则小石块和沾水的总质量为 已知小石块质量为62g，所以取出小石块时沾有水的质量 [2]取出小石块后，烧杯和水的总质量为150g，再加水至标记处时，烧杯和水的总质量为，那么加入水的质量 小石块排开水的质量 小石块浸没在水中时，小石块体积等于小石块排开水的体积，即 [3]小石块的密度 7．小明想通过下列实验测量小石块的密度，请帮助他完成实验。 （1）将天平放在________工作台上，游码移到标尺左端的________处，观察到指针指在分度盘上的位置如图甲所示，此时应将平衡螺母向_________（选填“左”或“右”）调节，使指针对准中央刻度线； （2）用调好的天平测小石块的质量，天平平衡时，右盘中砝码和游码的位置如图乙所示，则小石块的质量为_________g； （3）如图丙所示，用量筒测出小石块的体积为________cm3； （4）通过计算，小石块的密度为__________g/cm3。 【答案】（1）水平 零刻度线 左；（2）72；（3）30；（4）2.4 【解析】（1）[1][2]在调节天平平衡时，应先将天平放在水平工作台上，并将游码拨到标尺左端的零刻度线处。 [3]如图甲，此时指针右偏，说明天平右端沉，应当向左移动平衡螺母。 （2）小石块放在天平的左盘里，砝码放在右盘里，由图乙知天平标尺的分度值是0.2g，小石块的质量m=50g+20g+2g=72g （3）由图丙知，量筒分度值2mL，所以石块的体积V=50mL-20mL=30mL=30cm3 （4）根据公式计算可得石块的密度 8．华益中学物理兴趣小组的同学想知道湘江水的密度，于是进行了下面的实验探究活动。 （1）将天平放在水平桌面上，游码移到标尺左端零刻度线处，此时指针位置如图甲所示，此时应向_______调节平衡螺母，直到天平平衡； （2）向烧杯中倒入适量湘江水，将装有湘江水的烧杯放在已调平的天平左盘，向右盘中加减砝码并调节游码，天平再次平衡后，右盘中砝码和游码在标尺上的位置如图乙所示，质量为_______g； （3）将烧杯中的一部分湘江水倒入量筒中，测得江水的体积如图丙所示；用天平测出剩余湘江水和烧杯的总质量为53.2g，则所测湘江水的密度为_______。 【答案】（1）右；（2）93.6；（3）1.01×103 【解析】（1）天平指针偏向分度盘左侧，说明左侧较重，应向右调节平衡螺母，使天平平衡。 （2）由图乙可知，砝码质量为50g+20g+20g=90g 游码对应的刻度值为3.6g，所以总质量为90g+3.6g=93.6g （3）倒入量筒中湘江水的质量m=93.6g-53.2g=40.4g 由图丙可知，湘江水的体积V=40mL=40cm3 根据密度公式 9．某物理兴趣小组测量一小石块的密度，可身边的器材只有：天平（含砝码）、烧杯、细线、水和小石块。测量方法如下：在烧杯中放入适量的水，用细线拴住小石块，将小石块浸没水中，在水面达到的位置上做标记。天平调平后，用天平测出水、小石块和烧杯的总质量为168g。将小石块从水中取出（带出水的质量忽略不计），用天平测出剩余水和烧杯的总质量为120g。向烧杯中加水到标记处，再用天平测出此时水和烧杯的总质量为138g。（假设石块不吸水，水的密度为 （1）石块的质量是多少？ （2）石块的密度是多少？ 【答案】（1）48g；（2）2.67g/cm3 【解析】（1）已知用天平测出水、小石块和烧杯的总质量为168g，将小石块从水中取出后，剩余水和烧杯的总质量为120g，那么石块的质量m石就等于水、小石块和烧杯的总质量减去剩余水和烧杯的总质量，即 （2）将小石块从水中取出后，向烧杯中加水到标记处，此时水和烧杯的总质量为138g，那么加入水的质量 加入水的体积等于小石块的体积，水的密度为，则小石块的体积为 石块的密度是 10．汽车生产中使用轻量化材料来减轻整车质量，这样不仅能降低汽车油耗，还能减少二氧化碳的排放。小王同学了解到常见汽车轻量化材料有：高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料等。 （1）镁合金材料是实际应用中最轻的金属结构材料。这里的“轻”指的是___________小；（选填“A 质量”或“B 密度”） （2）小王想办法得到了一块镁合金材料，就进行了“测量镁合金材料密度”的实验，设计实验报告（部分）如下，请填写格处的内容。 实验名称×××××× 实验目的：用电子天平和量筒测量镁合金材料的密度 实验原理： ___________ 实验器材：电子天平、量筒、水、细线、镁合金块。 实验步骤： ①用电子天平测出镁合金块的质量为38.0g； ②在如图（a）所示的量筒中倒入一定量的水，用细线系住镁合金慢慢放入水中后，其水位上升如图（b）所示，则镁合金的体积为___________； ③镁合金材料的密度为___________kg/m3。…… （3）已知钢的密度为7.9×103kg/m3，若一辆轿车的钢制外壳质量为395kg，则其钢制外壳的体积是多少？ （4）现改用等体积的镁合金材料，则汽车的质量能够减轻多少？ 【答案】（1）B密度；（2） 20 ；（3）；（4）300kg 【解析】（1）镁合金作为金属结构材料，说的“轻”指相同体积下镁合金的质量更小，也就是密度更小，因此选B密度。 （2）测量密度的实验原理是密度公式； 由图可知，量筒中水的体积，放入镁合金后总体积，所以镁合金体积 已知镁合金质量，则镁合金的密度为 （3）根据密度公式得，钢制外壳的体积为 （4）镁合金体积和原钢壳体积相等，因此镁合金质量为 减轻的质量为 板 书 设 计 第四节 测量：固体和液体的密度 一、体积的测量 1．量筒：水平放置，视线与凹液面底部相平 误差：俯视偏大，仰视偏小 2．排水法：（转换法） 要求：水要适量（浸没、不超量程） 二、固体密度的测量 1．原理： 2．步骤：①测质量；②测水的体积；③测总体积；④计算 3．误差：先测体积后测质量→密度偏大 4．特殊：悬重法测漂浮物体 三、液体密度的测量 1．方法：剩余法 2．步骤：①测总质量；②倒部分测体积；③测剩余质量；④计算 3．优点：避免烧杯残留，减小误差 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习，整理实验报告； 2. 实践作业：利用家中的器材，测量一种常见物体的密度，写出实验报告； 3. 拓展任务：设计一个测量泡沫塑料块密度的实验方案，写出步骤与原理。 教学反思 亮点：本节课以古代计量智慧引入，兼具文化性与实践性，快速激发学生的实验兴趣；以完整的分组实验为核心，按照 “工具学习 — 方法建构 — 实验操作 — 误差分析 — 拓展提升” 的逻辑层层递进，让学生在动手操作中掌握技能；通过误差分析、方案优化、特殊测量拓展，培养了学生的科学思维与探究能力；融入转换法、累积法等物理思想，落实了实验方法的教育。 不足：部分学生的实验操作规范性不足，量筒读数、天平操作容易出错；对误差的定量分析能力薄弱，只能定性判断偏大偏小，不能分析误差大小；部分小组的实验数据误差较大，分析与反思不够深入。 改进：增加操作示范与错例对比演示，强化操作规范性；补充误差的定量分析训练，通过具体数值计算加深对误差的理解；加强实验后的交流与反思环节，引导学生自主分析误差原因，提出改进方案，提升实验探究的深度。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $