《跨学科实践：制作微型密度计》教案

《跨学科实践：制作微型密度计》教案物理观念：1．了解微型密度计的构造和原理。2．进一步认识漂浮条件及其应用。3．会选择材料制作一个微型密度计。科学思维：能够利用所学知识，设计并制作微型密度计，并对其进行评价。科学探究：能设计和制作一个微型密度计，测量若干瓶密度不同的液体，并对结果进行反思。科学态度与责任：通过实践活动，培养学生用所学知识解决实际问题的意识，获得成功的喜悦。一、情景导入生成问题妈妈担心从市场买回的一桶色拉油是地沟油，小丽为解除妈妈的顾虑，在网上查得优质色拉油的密度在0.91×103～0.93×103kg/m3之间，地沟油的密度在0.94×103～0.95×103kg/m3之间，她决定用测密度的方法鉴别油的品质。可是测量油的密度需要天平和量筒，这得去学校实验室。于是小丽想到，能不能自制一个简易密度计，解决厨房中各种液体用品的密度测量呢？二、自学互研生成能力活动1：认识简易密度计的结构和原理阅读教材P77～79页内容，回答下列问题。1．原理：漂浮时，F浮＝G物。2．工作过程：将密度计放入水中并竖直漂浮，此时水面对准的位置刻度为水的密度，即为1.0×103kg/m3；将密度计放入酒精中并竖直漂浮，此时酒精面对准的位置刻度为酒精的密度，即为0.8×103kg/m3。密度计在待测液体中是：液面位于水的密度刻度下方的，则其密度比水大；液面位于酒精密度刻度上方的，则其密度比酒精小。3．构造：微型密度计由__标度杆__、__浮子__、__配重__三部分组成。活动2：自制微型密度计1．自学教材P79～80页内容，选择合适的材料自制一个微型密度计。材料：标度杆——直径约为3mm的实心塑料杆，浮子——泡沫塑料球，配重——细铜丝。2．自选材料制作微型密度计。(1)材料：吸管(长约15cm)、透明胶带、细铜丝、剪刀、记号笔、卷尺、三种不同密度的液体(如清水、牛奶、酒精)。(2)步骤：①用剪刀将吸管剪到合适的长度(约15cm)，用透明胶带将吸管的一端密封住，避免液体渗入吸管内部。②在吸管上缠绕适量的细铜丝增加重力，使其能竖直漂浮在液体中；用记号笔在吸管上每隔1cm画上刻度，便于后续观察液面位置。③标定密度计：将制作好的密度计放入清水中，待其稳定漂浮后，用记号笔在水面对应吸管上的位置做标记，表示水的密度刻度线。(3)使用密度计：①将密度计分别放入其他不同密度的液体中(如牛奶、酒精)，观察并记录液面在吸管上的位置。②根据液面位置与水的密度刻度线的相对关系，判断液体的密度大小：若液面在水的密度刻度线以下，说明该液体的密度大于水的密度；若液面在水的密度刻度线以上，说明该液体的密度小于水的密度。三、交流展示生成新知小明将吸管的一端缠绕一些细铜丝，并用石蜡封口，自制一个简易密度计。水平桌面上，两个完全相同的容器分别装有甲、乙两种液体，将该密度计依次放入甲、乙两种液体中，静止时液面相平，如图。下列说法正确的是(C)A．密度计越靠上的刻度，对应的密度值越大B．密度计在甲液体中比在乙液体中受到的浮力小C．甲液体对容器底的压力小于乙液体对容器底的压力D．若将原密度计底部再多缠几圈细铜丝，则密度计相邻两刻度线之间的距离变小【解析】A.密度计漂浮在不同液体中，由于密度计的重力不变，故密度计在不同液体中，浮力的大小不变；根据F浮＝ρ液V排g可知，排开液体的体积为V排＝eq\f(F浮,ρ液g)，可知密度越大，排开液体的体积越小，密度计浸入的深度越小，即越靠下，密度越大，故A错误；B.同一支密度计放在甲、乙两种液体中都漂浮，则F浮甲＝F浮乙＝G，即密度计在甲液体中和在乙液体中受到的浮力是相同的，故B错误；C.由图可知，密度计在乙液体中排开的液体的体积小，由于密度计在甲液体中和在乙液体中受到的浮力相等，则根据F浮＝ρ液V排g的变形式ρ液＝eq\f(F浮,gV排)可知，乙液体的密度大，由图可知，液体深度相同，根据p＝ρgh可知，甲液体对容器底的压强小于乙液体对容器底的压强，由于容器是相同的，则底面积相等，根据p＝eq\f(F,S)的变形式F＝pS可知，甲液体对容器底的压力小于乙液体对容器底的压力，故C正确；D.若将原密度计底部再多缠几圈细铜丝，则自重增大，在液体中受到的浮力增大，由F浮＝ρ液V排g可知，密度计排开液体的体积变大，由V＝Sh可知，密度计下底面积一定，使密度计两条刻度线之间的距离变大，故D错误。【方法归纳】密度计是物体的沉浮条件的实际应用，要结合阿基米德原理和漂浮条件分析有关问题，知道密度计在使用时，液体密度越大，排开体积越小。综合训练一、选择题1.下列物体受到浮力作用的是()A.如图甲所示,浸在水下的桥墩B.如图乙所示,正在水中下沉的石头C.如图丙所示,运行在太空中的中国空间站D.如图丁所示,天宫课堂中“悬浮”在水中的乒乓球2.关于浮沉条件的应用,下列说法正确的是()A.轮船从长江驶入大海的过程中,浮力变大B.热气球利用了内部气体密度大于空气密度实现升空C.潜水艇由漂浮下潜至浸没的过程中,浮力逐渐增大D.盐水选种时,空壳的种子漂浮在水面上是因为它的浮力大于重力3.某同学做了如下实验,将一个空塑料药瓶的瓶口扎上橡皮膜,竖直地浸入水中,一次瓶口朝上,一次瓶口朝下,这两次药瓶在水里的位置相同。下列说法错误的是()A.两次橡皮膜都向内凹B.橡皮膜向内凹是因为受到水的压力作用C.本实验可以初步说明液体内部压强的大小跟深度有关D.两次实验中,药瓶受到的浮力大小相等4.当战斗机从军舰上起飞后()A.舰体略上浮,受到的浮力不变 B.舰体略上浮,受到的浮力变小C.舰体略下沉,受到的浮力不变 D.舰体略下沉,受到的浮力变大5.妈妈生日那天,小明给妈妈煮饺子时发现,当把饺子放入沸腾的水中后,饺子先下沉到锅底,过了一会儿又上浮,最终漂浮在水面上。下列分析正确的是()A.饺子在下沉的过程中不受浮力B.饺子上浮过程中,受到的浮力小于它所受的重力C.饺子上浮过程中,受到的浮力等于它排开的水所受的重力D.饺子在水面漂浮时,受到的浮力大于它所受的重力6.如图所示,A为木块,B为铝片,C为铁球,而且VA=VB=VC,把它们都浸没在水中,则它们受到的浮力FA、FB、FC之间的关系是()A.FA>FB>FC B.FA<FB<FCC.FA=FB=FC D.FA>FB=FC7.把重12N的物体缓缓放入装满水的溢水杯中,当物体静止后,测得溢出的水重为10N,则此时物体所处的状态及所受的浮力大小为()A.漂浮F浮=12N B.悬浮F浮=12N C.下沉F浮=10N D.漂浮F浮=10N8.(2024·山东潍坊中考)物理兴趣小组把吸管的下端密闭并缠绕一段细铜丝(细铜丝的体积忽略不计),自制一个简易密度计。如图所示,密度计分别放入a、b、c三种液体中时,均漂浮在液体中,且保持竖直姿态。密度计在三种液体中静止时,在密度计上与液面平齐处各标记一条刻线,共得到三条刻线。已知密度计在液体c中,有18的体积浸入液体c中,浸入的体积为5×10-6m3,三种液体的密度如下表所示,下列分析正确的是(液体种类液体密度/(kg·m-3)液体a0.5×103液体b1×103液体c2×103A.三条刻线的间隔距离不相等B.密度计的质量为0.1kgC.密度计在三种液体中所受浮力不相等D.密度计在液体b中的浸入体积为3×10-5m39.(多选)小明在探究阿基米德原理时,图甲测出钩码的重力,再将钩码缓慢浸入装满水的溢水杯中,不碰到容器底和容器壁,当钩码静止时,弹簧测力计示数如图乙所示,溢出到小桶中水的深度为10cm。下列说法正确的是()A.钩码所受的浮力为1.8NB.小桶中的水对桶底的压强为1000PaC.钩码缓慢浸入水中的过程中,电子秤的示数保持不变D.若将钩码浸没在盐水中,钩码上下表面所受的液体压力差大于其浸没在水中时的压力差10.(多选)小明将两个完全相同的物体A、B,分别放在甲、乙两种液体中,A、B处于如图所示的漂浮状态,且此时液面处于同一水平高度。由此可判断()A.甲液体密度小于乙液体密度B.物体A、B下表面所受液体压强相等C.甲液体对容器底部的压强大于乙液体对容器底部的压强D.A物体受到的浮力小于B物体受到的浮力二、填空题11.小明洗菜时发现体积较大的土豆沉入水底,体积较小的西红柿浮于水面,土豆受到的浮力(选填“大于”“等于”或“小于”)西红柿受到的浮力;他想测量土豆的密度,用细线将土豆挂在弹簧测力计下的示数为2.4N,再将其浸没水中时弹簧测力计的示数为0.4N,则土豆的密度是g/cm3。

12.2022年6月17日我国首艘弹射型国产航母福建舰下水,福建舰的排水量约8.0×104t,它满载航行时受到的浮力约为N,它行驶至密度更大的海域时,浮力(选填“变大”“变小”或“不变”)。(g取10N/kg)

13.如图所示,重为0.5N的鸡蛋漂浮在装有淡盐水的玻璃杯中,鸡蛋受到的浮力是N,若再往玻璃杯中加盐,鸡蛋将会(选填“上浮”或“下沉”)一些,与加盐前相比,鸡蛋静止时受到的浮力。

14.如图所示,将一铁块用弹簧测力计悬挂起来,并逐渐浸入水中。在铁块未浸没前,铁块所受的浮力逐渐(选填“变大”“变小”或“不变”),弹簧测力计的示数逐渐(选填“变大”“变小”或“不变”)。

15.如图所示,水平桌面上甲、乙两个质量和底面积相同形状不同的容器内,分别装有密度为ρ1、ρ2的两种不同液体,将两个相同的小球分别放在两容器中,小球静止时,两容器内液面相平。两个小球受到的浮力分别为F1、F2,甲、乙容器底部受到液体的压力分别为F3、F4。则F1F2,F3F4,容器对桌面的压强p甲p乙。(以上各空均选填“>”“=”或“<”)

三、实验探究题16.为了探究影响浮力大小的因素,小明做了如图所示的实验。实验中使用的器材有:铁架台、升降台、塑料管、溢水杯、已校准的弹簧测力计A和B、拴着细线的烧杯、水、物体。(1)在物体未浸没在水中前,随着升降台的不断升高,弹簧测力计A的示数会变小,这说明物体受到的浮力的大小与有关。

(2)在物体浸没在水中后,随着升降台的不断升高,弹簧测力计A的示数保持不变,这说明浸没在水中的物体受到的浮力的大小与无关。

(3)在物体浸没在水中前,随着升降台的不断升高,弹簧测力计A的示数的减少量等于弹簧测力计B的示数的增加量,这说明浸在水中的物体受到的浮力的大小等于被物体,这就是阿基米德原理。

(4)在实验中可能会出现弹簧测力计A、B的示数的变化量不相等的情况,造成这种情况的原因不可能是(填字母)。

A.物体的形状不规则B.溢水杯中的水在实验前没有盛满C.塑料管内壁有水附着17.如图所示,为了验证阿基米德原理,小明利用烧杯、小桶、石块、弹簧测力计等做了如下实验。(1)图乙中向烧杯中注水时,应使水面恰好与出水口。

(2)该实验漏掉一个步骤,请写出该步骤的内容:,此时弹簧测力计的示数是F4。

(3)若F1、F2、F3、F4之间满足关系,则说明阿基米德原理成立。

(4)若图丙中的石块未全部浸入水中,则对结论(选填“会”或“不会”)产生影响。

(5)若将图丙中的水换成酒精,石块受到的浮力(选填“变大”“变小”或“不变”)。(ρ酒精=0.8×103kg/m3)

四、计算题18.某驱逐舰的最大航速为54km/h,满载时排水量为9×108kg,海水密度约为1.0×103kg/m3,g取10N/kg。(1)若声呐探测器在水下10m深处,则声呐探测器所受海水压强为多少?(2)驱逐舰满载时受到海水的浮力是多少?(3)当驱逐舰所受浮力为8×107N时,排开水的体积是多少?19.底面积为500cm2的薄壁柱形容器内装有深度为26cm的水,将其竖直放在水平桌面上,把体积为2.5×10-3m3、重10N的木块A放入水中后,再在木块A的上方放一正方体B,平衡时正方体B恰好没入水中,如图甲所示,已知正方体B的边长为10cm(g取10N/kg)。求:(1)正方体B受到的浮力;(2)正方体B对木块A的压力:(3)若将正方体B放入水中,如图乙所示,则此时水对容器底部的压强是多少?参考答案第十章综合训练1.B2.C3.D4.B5.C6.C7.C8.A9.BCD10.BC11.大于1.212.8.0×108不变13.0.5上浮相等14.变大变小15.=>>16.(1)物体排开液体的体积(2)浸没深度(3)排开水的重力(4)A解析(1)当物体完全浸入前,随着升降台不断升高,液体密度相同,物体排开水的体积增大,测力计示数在变小,由称重法可知受到的浮力在增大,故可以说明浮力大小跟物体排开水的体积有关。(2)当物体全部浸没后,随着升降台不断升高,物体浸没深度增加,液体密度相同,物体排开液体的体积不变,测力计示数不变,受到的浮力不变,故可以说明浸没在水中的物体受到的浮力和浸没深度无关。(3)当物体浸没前,随着升降台不断升高,物体排开液体的体积变大,弹簧测力计A的示数减小,由称重法可知物体受到的浮力变大,弹簧测力计A的示数减小量等于物体受到浮力的增加量,同时物体排开水的体积变大即溢出水的重力变大,弹簧测力计B的示数增加,弹簧测力计B的示数增加量等于溢出水的重力的增加量,因为弹簧测力计A的示数减小量等于弹簧测力计B的示数增加量,所以浸在水中的物体受到浮力大小等于被物体排开的水受到的重力。(4)影响浮力大小的因素是液体的密度和物体排开液体的体积,与物体的形状无关,所以不可能造成A、B弹簧测力计示数变化量不相等,故A符合题意。若溢水杯中开始没有盛满水,则排开的水没有全部流入小桶,会出现A、B弹簧测力计示数变化量不相等,故B不符合题意。若塑料管内壁附水,则小桶内的水小于物体排开的水,会出现A、B弹簧测力计示数变化量不相等,故C不符合题意。17.(1)相平(2)用弹簧测力计测出石块的重力(3)F4-F2=F3-F1(4)不会(5)变小解析(1)图乙中向烧杯中注水时,应使水面恰好与出水口相平,即注满了,这样物体排开的水才能全部流入到小桶内。(2)该实验是利用称重法测量石块受到的浮力,即用石块的重力减去石块在水中浸没后弹簧测力计的示数,所以漏掉的步骤是:用弹簧测力计测出石块的重力,此时弹簧测力计的示数是F4。(3)根据实验步骤,根据称重法测浮力可知,石块受到的浮力为F4-F2,石块排开水的重力为F3-F1,若F4-F2=F3-F1,即石块受到的浮力等于石块排开水的重力,则说明阿基米德原理成立。(4)阿基米德原理对在液体内浸没或未浸没的情况都适用,所以若图丙中的石块未全部浸入水中,对结论不会产生影响。(5)若将图丙中的水换成酒精,根据浮力与液体的密度和排开液体的体积有关,液体密度变小,石块排开液体的体积不变,根据公式F浮=ρgV排可知,石块受到的浮力变小。18.(1)1×105Pa(2)9×109N(3)8×103