跨學(xué)科實踐：制作微型密度計 2024-2025學(xué)年人教版物理八年級下學(xué)期

10.4跨學(xué)科實踐：制作微型密度計項目提出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(圖10.4-1)。圖10.4-1測量酒精的密度如果能設(shè)計和制作一個微型密度計，測量時只需把微型密度計放人小瓶中，就能方便、快速地判斷酒精是否合格。圖10.4-1測量酒精的密度項目分析要制作一個微型密度計，需要完成以下任務(wù)。1.設(shè)計一個能放入小瓶中，并能用來判斷酒精是否合格的微型密度計。2.按照設(shè)計要求，完成微型密度計的制作。項目實施1.設(shè)計(1)基本思路如圖10.4-2所示，把塑料吸管的下端用蠟封口并纏上銅絲，設(shè)法讓它能豎直漂浮在水面上。這就是一個最簡單的密度計。圖10.4-2簡易密度計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?圖10.4-2簡易密度計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?？磥?，要設(shè)計符合要求的密度計應(yīng)該著重考慮兩個因素：一個是密度計的質(zhì)量，另一個是標度桿的直徑。(2)估算密度計的質(zhì)量對于100m的小瓶酒精來說，若用微型密度計測量時排開1~2m的酒精，一般不會導(dǎo)致酒精溢出。1~2mL酒精的質(zhì)量為1g左右，因此我們設(shè)計的微型密度計的質(zhì)量也應(yīng)為1g左右。(3)估算標度桿的直徑可以認為消毒酒精的密度為0.86×103~0.88×103kg/m3

是合格的。如圖10.4-3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。圖10.4-3估算標度桿的直徑A、B

間的長度過小，不便于觀察者分辨。為此，可設(shè)定A、B間的長度不少于4mm。圖10.4-3估算標度桿的直徑這樣，根據(jù)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，可以知道標度桿的橫截面積約為0.07cm2，直徑約為3mm。(4)設(shè)計微型密度計的結(jié)構(gòu)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(圖10.4-4)，配重位于最下方。圖10.4-4微型密度計的構(gòu)造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。圖10.4-4微型密度計的構(gòu)造標度桿直徑約為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。圖10.4-4微型密度計的構(gòu)造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(diào)節(jié)配重。圖10.4-4微型密度計的構(gòu)造(2)制成作品大家可以團隊協(xié)作，發(fā)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。圖10.4-4微型密度計的構(gòu)造下面的制作方案供同學(xué)們參考。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(圖10.4-5)。圖10.4-5一種微型密度計把這個密度計漂浮在水中調(diào)節(jié)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。圖10.4-5一種微型密度計把調(diào)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(jù)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(圖10.4-6)。圖10.4-6用微型密度計測量小瓶酒精的密度展示交流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(jié)果與老師公布的結(jié)論相同嗎?2.如果你的測量結(jié)果與老師公布的結(jié)論不同，請分析產(chǎn)生誤差的原因。3.如果你的測量結(jié)果與老師公布的結(jié)論相同，說說你的體會。?在“探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實驗中，物體所受的重力為4.8N，當把物體逐漸浸在水中和鹽水中時彈簧測力計的示數(shù)如圖10-1所示。圖10-1(1)物體在圖甲、乙中所受浮力的大小分別是多少?可以初步得出的結(jié)論是什么?F浮甲＝G－F拉甲＝4.8N－4.0N＝0.8N，F(xiàn)浮乙＝G－F拉乙＝4.8N－3.4N＝1.4N，結(jié)論：兩實驗中排開水的密度相同，而排開水的體積不同故得出物體受到的浮力大小與排開水的體積有關(guān)。(2)對比圖乙、丙可以初步得出的結(jié)論是什么?題圖乙、丙中，彈簧測力計示數(shù)相同，物體受到的浮力相同，排開水的體積相同，浸沒在水中的深度不同，故說明浮力的大小與浸沒在水中的深度無關(guān)。對比圖丙、丁可以初步得出的結(jié)論是什么?題圖丙、丁中，彈簧測力計示數(shù)不相同，物體受到的浮力不相同，實驗中，排開液體的體積相同，排開液體的密度不同，說明浮力的大小與排開液體的密度有關(guān)。(3)由圖中信息還可以計算出哪些物理量?

?某同學(xué)在廚房勞動時發(fā)現(xiàn)，小小的蜜橘會漂在水面而較大的土豆卻會沉在水底。蜜橘和土豆哪個受到的浮力大?說說你判斷的方法。土豆受到的浮力大。判斷方法：體積較大的土豆排開水的體積較大，由公式F浮＝ρ液gV排可判斷土豆所受的浮力較大。?我國完全自主設(shè)計建造的福建艦的排水量可達8萬噸，它滿載時受到的浮力是多少?當艦載機升空后福建艦排開水的體積將怎樣變化?g取10N/kg。

?相傳三國時期，諸葛亮用很輕的竹扎成框架，把周圍用紙糊起來，并在下端開口處放置一個小碟，點燃小碟內(nèi)的松脂，就做成了“會飛的燈籠”，后人稱其為“孔明燈”(圖10-2)?！翱酌鳠簟睘槭裁茨苌?圖10-2孔明燈升空，是因為熱空氣的密度比空氣的密度小，孔明燈受到的浮力大于重力，利用的是空氣的浮力。?一個氣球的體積跟你們班的教室的體積差不多，這個氣球受到的浮力約為多少?空氣的密度取1.29kg/m3，g取10N/kg。教室的長、寬、髙分別約為8m、6m和3.5m，氣球所受的浮力約為F浮＝ρ空氣gV排＝1.29kg/m3×10N/kg×8m×6m×3.5m＝2.12×103N。?人們常用“冰山一角”來形容看到的水面上的冰山遠遠小于水下部分。已知冰的密度ρ水為0.9×103kg/m3，請計算冰山露出水面的體積與水下體積之比。

?圖10-3是某同學(xué)用燒瓶、橡皮管、玻璃管、橡皮塞制作的潛水艇模型。通過橡皮管吸氣或吹氣，就可以使燒瓶下沉或上浮。請你也制作一個潛水艇模型，說說你是怎樣使“潛水艇”實現(xiàn)下沉或上浮的。圖10-3當燒瓶處于題圖所示的靜止(懸浮)狀態(tài)時，重力等于浮力；若從橡膠管吸