《跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》教案

《跨学科实践：制作简易活塞式抽水机》教案物理观念：1．进一步了解大气压的应用。2．了解活塞式抽水机的结构和工作原理。3．会选择合适的材料设计并制作一台简易活塞式抽水机。科学思维：能够利用所学知识，设计并制作简易活塞式抽水机，并对其进行评价。科学探究：能制订初步的设计方案，能对方案的过程和结果进行反思与总结。科学态度与责任：通过实践活动，提高学生动手操作的能力，体会物理对人类生产、生活的影响。一、情景导入生成问题俗话说，人往高处走，水往低处流。无论是大海、大江、大河，还是“疑是银河落九天”的瀑布，甚至是山间的涓涓细流，无一不遵循着这一规则，从高处欢快地流向低处。其中的道理并不复杂，因为水受到了竖直向下的重力作用，并且水具有流动性，因此它当然会向低处流。我们的生活一刻也离不开水，而取水的过程往往是将水从低处提到高处，于是如何方便地取水便是一个需要我们设法解决的问题。我们可以手提肩扛，也可以借助绳索从深井中提水。在我们学习了大气压强知识后，还可以制作一台简易的抽水机，将水轻轻松松地压向高处！二、自学互研生成能力活动1：了解活塞式抽水机的工作原理阅读教材P56～57页内容，了解活塞式抽水机的工作原理。1．活塞式抽水机的结构主要由__出水管__、__圆筒__和__活塞__组成。2．如图为某活塞式抽水机工作原理的示意图，其中PQ是手柄，能绕着O点转动，P点通过连杆与活塞相连，A、B是单向阀门，只能向上开启。请回答下列问题：eq\o(\s\up7(),\s\do5(甲))eq\o(\s\up7(),\s\do5(乙))eq\o(\s\up7(),\s\do5(丙))(1)如图甲所示，当在Q点对手柄PQ施加__向下__(选填“向上”或“向下”)的作用力时，圆筒中的活塞向上运动，阀门__B__(选填“A”或“B”)打开，水在__大气压__(选填“大气压”或“水压”)作用下经过阀门流入圆筒。(2)如图乙所示，活塞向下运动时，阀门B在__水压__(选填“大气压”或“水压”)作用下关闭，而阀门A打开，圆筒中的水不断上升到活塞上方。(3)如图丙所示，在Q点用力向下压手柄PQ时，手柄上P点受到的阻力方向__向下__(选填“向上”或“向下”)，圆筒上方的水从出水管口流出。(4)某地居民在安装此抽水机时，下端水管已插入水中，但无论怎样移动活塞，水管口都没有水流出，可能的原因是__水管与抽水机接头处漏气__(写一条即可)。3．总结：活塞式抽水机是利用__大气压__将水提升起来的。活动2：设计并制作简易活塞式抽水机自学教材P57～58页内容，回答下列问题。1．制作简易活塞式抽水机，需要制作出的部件为：圆筒——__塑料瓶__，阀门——__玻璃球__、__塑料片__，手柄——__筷子__，活塞——__瓶底__，出水管——__塑料管__。2．自选材料，制作一台简易活塞式抽水机。(1)材料：新的塑料注射器30mL、20mL各一只，塑料吸管一根，玻璃球两个，透明胶一卷等。(2)步骤：①抽出两个注射器内的活塞，取下活塞黑色胶头，用刻刀挖开等大的洞(如图甲)。②将两个注射器筒针头柱割掉，并挖个洞，开洞时不要开得太大，给活塞头留个卡位，防止其脱落，二者装配如图乙所示。③如图丙所示，在20mL注射器筒侧壁上开个吸管外径大小的孔，插入吸管作出水管。为保持密封不透气，须在这个筒顶部紧密缠绕几圈透明胶。④组装成型：将两个玻璃球装入两个筒内，将大注射器筒套在小注射筒上，为防止水从小筒口中冒出，须在小筒口处加一个胶皮塞(可以用试管胶塞)，如图丁所示。⑤将大注射器筒插入水中，连续下压、上提小注射器筒，可以将水从下面入水孔抽取到高处，从出水孔中流出。eq\a\vs4\ac\hs10\co2(\o(\s\up7(),\s\do5(甲)),\o(\s\up7(),\s\do5(乙)),\o(\s\up7(),\s\do5(丙)),\o(\s\up7(),\s\do5(丁)))三、交流展示生成新知下压活塞式抽水机的压柄，工作原理示意图如图甲所示，其模型图如图乙所示。此时活塞向上提起，活塞上面的水迫使阀门A关闭，水从出水管流出；此时阀门B下方的压强__大于__(选填“大于”或“小于”)阀门B上方的压强，下方的水在__大气压__的作用下，推开阀门B进入圆筒中。eq\o(\s\up7(),\s\do5(甲))eq\o(\s\up7(),\s\do5(乙))【解析】由图可知，下压活塞式抽水机的压柄，活塞向上提起时，阀门A在上方水的作用下关闭，活塞下面的体积增大，使得其内部气压变小，小于外界大气压，下方的水在大气压的作用下推开阀门B进入圆筒中。综合训练一、选择题1.周末,小童妈妈买了一些“香辣锥螺”,如图所示。小童在吃的时候发现锥螺已被敲掉了尾部,只要对着锥螺的头部吸一下,螺肉就被吸出来了。这里应用到的物理知识是()A.物体间力的作用是相互的 B.大气压强C.液体内部向各个方向都有压强 D.连通器原理2.如图所示的现象中,没有利用大气压的是()3.暑期小雅和父母去甘肃骑了骆驼,骆驼被称为沙漠之舟,能在松散的沙漠中顺利行走而不会陷下去。这是因为()A.骆驼的重力小 B.骆驼跑得快C.骆驼的重心低 D.骆驼脚掌面积大、压强小4.下列实例中能用流体压强与流速关系解释的是()A.拦河大坝设计成上窄下宽 B.列车候车时要站在安全线以外C.跳伞运动员竖直匀速降落 D.喝饮料时,用吸管把饮料吸进嘴里5.鱼缸中小金鱼吐出的气泡,在水中上升的过程中体积逐渐变大,则气泡所受压强的变化情况是()A.压强变小 B.压强变大C.压强不变 D.不能确定6.如图所示,盛有水的容器中有a、b、c三点,它们受到水的压强分别为pa、pb和pc,则()A.pa=pb>pcB.pa<pb=pcC.pa>pb=pcD.pa>pb>pc7.如图所示,甲、乙两支完全相同的试管,装有质量相同的不同种液体,甲管竖直,乙管倾斜,此时两管内的液面相平,则两支试管的底部受到液体的压强关系正确的是()A.p甲>p乙 B.p甲=p乙C.p甲<p乙 D.无法确定8.质量相等且分布均匀的A、B两个立方体,A的边长为B的一半,如图甲、乙所示静置在水平地面上。若甲图中A对B的压强为p1,B对地面的压强为p2;乙图中B对A的压强为p3,A对地面的压强为p4。则下列计算结果均正确的是()①p1∶p2=2∶1②p3∶p4=4∶1③p1∶p3=1∶2④p2∶p4=1∶4A.①② B.②③ C.③④ D.①④9.(多选)如图所示,形状不同、底面积和重力相等的A、B、C三个容器放在水平桌面上,容器内分别装有质量相等的不同液体,下列说法正确的是()A.A容器对桌面的压强最大,C容器对桌面的压强最小B.液体密度关系为ρA<ρB<ρCC.A容器中液体对容器壁没有压力D.A容器底部受到的液体压力最小,C容器底部受到的液体压力最大10.(多选)如图甲所示,一块质量分布均匀的长木板平放在水平桌面上,对长木板施加一个水平向右的力F,使长木板沿着与桌子边缘平行的方向缓慢向右做直线运动,直到长木板的13长度伸出桌面时停止运动,此过程中长木板对桌面的压强p与长木板被推动的距离x的关系图像如图乙所示。已知长木板宽为0.2m,则下列判断正确的是(A.移动过程中,长木板所受摩擦力先不变后增大B.长木板沿力F方向的长度为0.6mC.当x=0.30m时,长木板对桌面的压力为3.6ND.当x=0.25m时,长木板对桌面的压强为30Pa二、填空题11.右图是家用煤气灶灶头的示意图,使用时打开煤气阀门,拧动点火装置,煤气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃,而煤气不会从进口处向空气中泄漏,其原因是进口处煤气流速大,压强(选填“大于”或“小于”)外界大气压强。

12.右图为公共汽车配备的逃生锤。挥动逃生锤,使(选填“A”或“B”)端砸向玻璃窗的边角,与使用另一端相比,此时玻璃窗受到的(选填“压力”或“压强”)更大,利于破窗逃离。

13.2023年我国的“奋斗者”号全海深载人潜水器四次下潜深度超过万米。当“奋斗者”号潜至海面下10000m深处时,其外部0.1m2的水平舱面上所受的海水压力约为N。深潜器用比较厚的特种钢板加工而成,说明。(海水密度近似为1×103kg/m3,g取10N/kg)

14.如图所示,将自制气压计从一楼拿到五楼,观察到玻璃管内水柱(选填“上升”或“下降”)。驻守在我国青藏高原的边防战士用普通锅连面条也煮不熟,是因为普通锅的密封性能差,锅内气压受外界大气压的影响,使水的沸点(选填“高于”“低于”或“等于”)100℃。

15.质量分布均匀的实心正方体甲、乙放在水平地面上,将甲、乙分别沿水平方向切去高度Δh,剩余部分对地面的压强p与Δh的关系如图所示,已知ρ甲=6g/cm3,l乙=20cm,则乙的密度是kg/m3,图中A点的横坐标是。(g取10N/kg)

16.如图所示,甲物体重40N,甲的底面积为20cm2,乙物体质量为1.6kg,不计弹簧测力计及绳的自重及摩擦,弹簧测力计的示数为N,甲对地面的压强为Pa。

三、实验探究题17.小明外出旅游时偶然看到一辆大货车将路面压至塌陷。善于思考的小明想,压力的作用效果跟哪些因素有关呢?小明同学回到家后,用一块海绵、一张小桌子和一个砝码,做了如图所示的一系列实验,请注意观察、分析,并回答下列问题:(1)实验中小明是通过比较来比较压力作用效果大小的,这种科学探究方法是。

(2)分析比较图乙、丙的实验现象,可以得出结论:。

(3)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,比较图丙中海绵受到的压强p丙和图丁中木板受到的压强p丁的大小关系为p丙(选填“>”“<”或“=”)p丁。

(4)如图戊所示,实验时,如果将小桌换成砖块,并将砖块沿竖直方向切成大小不同的两块,小明发现它们对海绵的压力作用效果相同,由此得出的结论是:压力的作用效果与受力面积无关。你认为他在探究过程中存在的问题是。

18.小彬用如图所示的装置研究液体内部的压强。(1)图甲装置是测量液体内部压强的仪器。它的探头是由空金属盒蒙上橡皮膜构成的。如果液体内部存在压强,放在液体里的薄膜就会,U形管左右两侧液面就会产生。

(2)根据图乙、图丙所示现象可以研究:液体内部压强大小与的关系。根据研究得出的结论,拦河坝应设计成(选填“下宽上窄”或“下窄上宽”)的形状。

(3)如图丙、图丁所示,保持探头在水中的深度不变,改变探头的方向,观察U形管左右两侧液面的变化,得出结论:。

(4)为研究液体内部压强大小是否与液体密度有关,小彬接着将浓盐水缓慢倒入图丙所示容器的水中(液体未溢出、探头位置不变),静置待均匀混合后,观察到U形管左右两侧液面发生了变化,得出液体内部压强大小与液体密度有关的结论。小彬得出结论的实验过程是(选填“正确”或“错误”)的,判断的依据是。

四、计算题19.如图甲所示,将盛有液体的A、B两容器竖直放在水平面上。A中液体未知,B中液体为水,容器的质量和厚度都忽略不计。(1)若容器A中液体的质量为1.2kg,受力面积为1.2×10-3m2,求容器A对地面的压强pA。(2)若容器B中水的质量为1.5kg,求B容器中水的体积V水。(3)如图乙所示,若在容器B中再加入一定水,此时水的深度为0.2m,将容器B放进容器A中,容器A的液面比容器B的水面高0.05m。求容器A中液体的密度。参考答案第九章综合训练1.B2.C3.D4.B5.A6.B7.A8.D9.BD10.BC11.小于12.A压强13.1×107同种液体,液体压强随深度的增加而增大14.上升低于15.2×103516.161.2×10417.(1)海绵凹陷程度转换法(2)压力大小相同时,受力面积越小,压力作用效果越明显(3)=(4)没有控制压力相同解析(1)实验中小明是通过比较海绵的凹陷程度来比较压力作用效果大小的,这种科学探究方法是转换法。(2)分析比较图乙、丙的实验现象,丙图中小桌子倒放的目的是增大受力面积大小;可以得出结论:当压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。(3)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,与图丙相比,压力相同,受力面积也相同,因此压强大小相同,只是因为木板不易形变,所以效果不明显。故图丙中海绵受到的压强p丙和图丁中木板受到的压强p丁的大小关系为p丙=p丁。(4)研究压力的作用效果与受力面积的关系,要控制压力大小相同,如图戊所示,实验时,如果将小桌换成砖块,并将砖块沿竖直方向切成大小不同的两块,压力变小了,他在探究过程中存在的问题是没有控制压力相同。18.(1)发生形变高度差(2)液体深度下宽上窄(3)同种液体、同一深度,液体向各个方向的压强相等(4)错误没有控制探头所在深度一定解析(1)当将探头放在液体里时,由于液体内部存在压强,金属盒上的薄膜就会