人教版8下物理10.4 跨学科实践：制作微型密度计（导学案）【学生版】.docx

10.4跨学科实践：制作微型密度计（导学案）

【学习目标】

1.通过实验体验常用密度计测量的局限性，提出制作能测量小瓶酒精密度的微型密度计的任务，提高观察能力和提出问题的能力。

2.应用阿基米德原理及二力平衡的条件分析密度计的工作原理，设计微型密度计的结构和有关参数，培养项目设计能力，发展演绎推理、科学论证及创造性的科学思维。

3.通过微型密度计的制作和漂浮状态的调试，培养实践操作能力。

4.在微型密度计的制作过程中，经历挫折与不断创新改进，培养谦虚谨慎、锲而不舍的科学品质。通过小组分工与合作，激发合作意识，提升沟通能力。

【学习重点】项目的设计与制作。

【学习难点】设计满足要求的标度杆直径。

【自主预习】阅读教材，完成以下问题：

1.密度计在液体中处于状态。根据二力平衡条件得F浮=G密度计=m密度计g；根据阿基米德原理得F浮=G排=m排g，所以m排=m密度计，即密度计排开液体的质量等于密度计的。

2.如下图所示，同一支密度计漂浮在甲、乙两种液体中。根据二力平衡条件可知，在甲、乙两种液体中浮力都等于密度计的重力，即浮力；根据阿基米德原理可知，F甲浮=ρ甲gV排甲，F乙浮=ρ乙gV排乙，得出ρ甲V排甲=ρ乙V排乙。即：

ρ

所以，排开液体的体积与液体的密度成比。因为V乙排＞V甲排，所以液体的密度ρ甲ρ乙。

估算标度杆的直径微型密度计的构造

3.对于100mL的小瓶酒精来说，用自制密度计放入小瓶后，测量时要使酒精不溢出，应该着重考虑密度计的质量，我们设计的微型密度计的质量应为g左右。另外，密度计漂浮在不同密度的酒精中时，作为标度杆的吸管若直径太大，可能会造成液面在吸管上的位置变化很小，使我们难以判断酒精密度的大小，为了解决这一问题，我们设计的标度杆的直径约为mm。

4.微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成，位于最下方。

【合作探究】

一、项目提出

【想一想】消毒酒精的密度约为0.87×103kg/m3。用密度计测量酒精的密度，是一种初步判断酒精是否合格的简单方法。不过常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。如果能设计和制作一个微型密度计，测量时只需把微型密度计放入小瓶中，就能方便、快速地判断酒精是否合格。

二、项目分析

【想一想】制作一个微型密度计，需要完成哪些任务？

【分析】制作一个微型密度计，需要完成以下任务。

（1）能放入mL的小瓶中测量；

（2）能检测酒精的密度是否，合格范围是：0.86×103~0.88×103kg/m3。

三、项目实施

1.设计

（1）设计思路

如图所示，把塑料吸管的下端用蜡封口并缠上铜丝，设法让它能竖直漂浮在水面上。这就是一个最简单的密度计。

【想一想】

①测量时要使酒精不溢出需设计哪个量?

②密度计质量设计多少合适?

③要精确地测量密度需设计哪个量?

④标度杆直径多少比较合适?

⑤标度杆质量不到1g怎么办?

⑥配重的标度杆怎样才能漂浮?

⑦浮子的体积多大合适?

【进行分析并归纳】

①测量时要使酒精不溢出需设计哪个量?

自制密度计放入盛酒精的小瓶后，可能会触碰瓶底，还可能会使酒精溢出。另外，它漂浮在不同密度的酒精中时，作为标度杆的吸管因直径太大，可能会造成液面在吸管上的位置变化很小，使我们难以判断酒精密度的大小。怎样解决这两个问题呢?

根据阿基米德原理F浮=ρ酒精gV排和二力的平衡条件F浮=G密度计可知，

ρ酒精gV排=G密度计ρ酒精gV排=m密度计gρ酒精V排=m密度计

所以密度计的决定了排开酒精的体积。

吸管（标度杆）的影响了液面在吸管上位置的变化。

看来，要设计符合要求的密度计，应该着重考虑两个因素：一个是密度计的，另一个是标度杆的。

②估算密度计的质量

对于100mL的小瓶酒精来说，若用微型密度计测量时排开1~2mL的酒精，一般不会导致酒精溢出。

计算出1mL酒精的质量

m=ρV

可以取1g。

根据物体的漂浮条件可知，我们设计的微型密度计的质量也应为g左右。

③估算标度杆的直径

可认为消毒酒精的密度为0.86×103~0.88×103kg/m3是合格的。如图所示，若密度计漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于标度杆的位置；漂浮在0.88×103kg/m3的酒精中，液面位于标度杆的

位置，则测量时液面位于A、B之间的酒精都是合格的。A、B间的长度过小，不便于观察者分辨。为此，可设定A、B间的长度不少于mm。