跨學科實踐：制作微型密度計第4節第十章

浮力（人教版）八年級下01學習目標1.設計一個能放人小瓶中，并能用來判斷酒精是否合格的微型密度計。2.按照設計要求，完成微型密度計的制作。02課堂導入密度計消毒酒精的密度約為0.87×103kg/m3。用密度計測量酒精的密度，是一種初步判斷酒精是否合格的簡單方法。不過常用的密度計體積較大，很難放入小瓶酒精中進行測量（如圖所示）。如果能設計和制作一個微型密度計，測量時只需把微型密度計放入小瓶中，就能方便、快速地判斷酒精是否合格。03項目分析制作一個微型密度計，需要完成以下任務。1.能放入100mL的小瓶中測量；2.能檢測酒精的密度是否合格。合格范圍：0.86×103~0.88×103kg/m33.按照設計要求，完成微型密度計的制作。04項目實施1.設計（1）設計思路如圖所示，把塑料吸管的下端用蠟封口并纏上銅絲，設法讓它能豎直漂浮在水面上。這就是一個最簡單的密度計。04項目實施自制密度計放入盛酒精的小瓶后，可能會觸碰瓶底，還可能會使酒精溢出。另外，它漂浮在不同密度的酒精中時，作為標度桿的吸管因直徑太大，可能會造成液面在吸管上的位置變化很小，使我們難以判斷酒精密度的大小。怎樣解決這兩個問題呢？密度計所受浮力的大小等于它所受的重力，浮力的大小決定了排開酒精的體積。吸管的直徑影響了液面在吸管上位置的變化。看來，要設計符合要求的密度計，應該著重考慮兩個因素：一個是密度計的質量，另一個是標度桿的直徑。1.設計（1）設計思路（2）估算密度計的質量：對于100mL的小瓶酒精來說，若用微型密度計測量時排開1~2mL的酒精，一般不會導致酒精溢出。計算1~2mL酒精的質量（取1mL）可以取1g。根據物體的漂浮條件可知，我們設計的微型密度計的質量也應為1g左右。04項目實施04項目實施（3）估算標度桿的直徑可認為消毒酒精的密度為0.86×103~0.88×103kg/m3是合格的。如圖所示，若密度計漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中，液面位于標度桿的A位置；漂浮在0.88×103kg/m3的酒精中，液面位于標度桿的B位置，則測量時液面位于A、B之間的酒精都是合格的。A、B間的長度過小，不便于觀察者分辨。為此，可設定A、B間的長度不少于4mm。這樣，根據圓柱體的體積公式，就可以計算標度桿的橫截面積和直徑了。通過估算（A、B間的長度不少于4mm），可以知道標度桿的橫截面積約為0.07cm2

，直徑約為3mm。設標度桿的橫截面積為S。①如圖甲所示，當酒精的液面位于標度桿A時，ρ酒精=0.86g/cm3

則F浮=ρ酒精gV排A，F浮=G密度計=mg，故V排A=1.163cm3②如圖乙所示，當酒精的液面位于標度桿B時，ρ'酒精=0.88g/cm3，同理得：V排B=1.137cm3故：VAB=V排A－V排B=1.163cm3－1.137cm3=0.026cm304項目實施（3）估算標度桿的直徑04項目實施（4）設計微型密度計的結構為了使微型密度計能在酒精中豎直漂浮，需要在標度桿下部增加配重（如纏上一些銅絲），但增加了配重的標度桿放在酒精中會下沉，因此還要在標度桿上固定一個浮子來增大浮力。這樣，微型密度計由標度桿、浮子和配重三部分組成，配重位于最下方。04項目實施2.制作（1）選擇材料浮子：可以用小泡沫塑料球作為浮子，也可以截一段稍粗點的塑料管，將其兩頭封口作為浮子。04項目實施標度桿：直徑約為3mm的細塑料管、做棉簽的實心塑料桿以及細的圓珠筆芯等，都可以用來做標度桿。2.制作04項目實施2.制作配重：可以在實心塑料桿下端纏上若干圈銅絲，或者在空心的細塑料管下端插入一段粗鐵絲作為配重。改變銅絲或鐵絲的長度就可以調節配重。04項目實施（2）制成作品大家可以團隊協作，發揮各自的聰明才智，選擇合適的浮子、標度桿和配重，完成微型密度計的制作。下面的制作方案供同學們參考。裝器材：用制作棉簽的實心塑料桿（直徑約為3mm）作為標度桿，塑料桿中部套一個直徑約1.2cm的泡沫塑料球作為浮子，下端繞有銅絲作為配重，初步做成一個微型密度計。調配重：把這個密度計漂浮在水中調節配重。改變銅絲的長度，使密度計在水中漂浮時浮子浸沒在水中，水面上方露出一段標度桿。標刻度：把調好配重的微型密度計放入標準消毒酒精中。待微型密度計靜止時，依據液面的位置在標度桿上做一個記號。最后，用4mm寬的彩色膠布中心對著記號貼在塑料桿上，微型密度計就做好了。04項目實施04項目實施課本上的一些數據我們實際生活中可能找不到完全符合的，所以有的時候只需要能夠漂浮，且能在不同的液體中有區分就好了。如果資金和時間都相對比較充裕的情況下，可以慢慢改良，以達到一個比較好的實驗效果。如右圖為以課本上的建議制作出來的微型密度計。04項目實施通過視頻發現加不加浮子其實還是有區別的，浮子其實還可以選擇其他的密度較小的物體也可以。配重也可以選擇生活中其他的東西（銅絲不好找，用小石塊也成啊，加一個能把小石塊整飄起來的浮子就好了）。1.老師準備了若干瓶密度不同的酒精，請用自制的微型密度計測量這些酒精，判斷哪瓶酒精的密度符合消毒酒精的要求，哪瓶密度偏大，哪瓶密度偏小。你的測量結果與老師公布的結論相同嗎?2.如果你的測量結果與老師公布的結論不同，請分析產生誤差的原因。3.如果你的測量結果與老師公布的結論相同，說說你的體會。05展示交流06習題練習B06習題練習如圖是三個密度計在水中一個狀態，在測量其他液體密度時結哪個果更精確？06習題練習密度計的特點是刻度不均勻，上疏下密，上小下大，而且分度值越小越準確；深度越深，相鄰兩密度值的間距越由題圖可知，密度計②所處的深度最