跨學(xué)科實(shí)踐:制作微型密度計(jì) 2024-2025學(xué)年人教版物理八年級下學(xué)期_第1頁
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文檔簡介

10.4跨學(xué)科實(shí)踐:制作微型密度計(jì)項(xiàng)目提出消毒酒精的密度約為0.87×103kg/m3。用密度計(jì)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(jì)體積較大,很難放入小瓶酒精中進(jìn)行測量(圖10.4-1)。圖10.4-1測量酒精的密度如果能設(shè)計(jì)和制作一個(gè)微型密度計(jì),測量時(shí)只需把微型密度計(jì)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(xiàng)目分析要制作一個(gè)微型密度計(jì),需要完成以下任務(wù)。1.設(shè)計(jì)一個(gè)能放入小瓶中,并能用來判斷酒精是否合格的微型密度計(jì)。2.按照設(shè)計(jì)要求,完成微型密度計(jì)的制作。項(xiàng)目實(shí)施1.設(shè)計(jì)(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(gè)最簡單的密度計(jì)。圖10.4-2簡易密度計(jì)自制密度計(jì)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(shí),作為標(biāo)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(gè)問題呢?圖10.4-2簡易密度計(jì)密度計(jì)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??磥恚O(shè)計(jì)符合要求的密度計(jì)應(yīng)該著重考慮兩個(gè)因素:一個(gè)是密度計(jì)的質(zhì)量,另一個(gè)是標(biāo)度桿的直徑。(2)估算密度計(jì)的質(zhì)量對于100m的小瓶酒精來說,若用微型密度計(jì)測量時(shí)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(jì)的微型密度計(jì)的質(zhì)量也應(yīng)為1g左右。(3)估算標(biāo)度桿的直徑可以認(rèn)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(jì)漂浮在0.86×103kg/m3的酒精中,液面位于標(biāo)度桿的A位置;漂浮在0.88×103kg/m3

的酒精中,液面位于標(biāo)度桿的B位置則測量時(shí)液面位于A、B

之間的酒精都是合格的。圖10.4-3估算標(biāo)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(biāo)度桿的直徑這樣,根據(jù)圓柱體的體積公式,就可以計(jì)算標(biāo)度桿的橫截面積和直徑了。通過估算,可以知道標(biāo)度桿的橫截面積約為0.07cm2,直徑約為3mm。(4)設(shè)計(jì)微型密度計(jì)的結(jié)構(gòu)為了使微型密度計(jì)能在酒精中豎直漂浮,需要在標(biāo)度桿下部增加配重(如纏上一些銅絲),但增加了配重的標(biāo)度桿放在酒精中會下沉,因此還要在標(biāo)度桿上固定一個(gè)浮子來增大浮力。這樣,微型密度計(jì)由標(biāo)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(jì)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(diǎn)的塑料管,將其兩頭封口作為浮子。圖10.4-4微型密度計(jì)的構(gòu)造標(biāo)度桿直徑約為3mm的細(xì)塑料管、做棉簽的實(shí)心塑料桿以及細(xì)的圓珠筆芯等,都可以用來做標(biāo)度桿。圖10.4-4微型密度計(jì)的構(gòu)造配重可以在實(shí)心塑料桿下端纏上若干圈銅絲,或者在空心的細(xì)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(jì)的構(gòu)造(2)制成作品大家可以團(tuán)隊(duì)協(xié)作,發(fā)揮各自的聰明才智,選擇合適的浮子、標(biāo)度桿和配重,完成微型密度計(jì)的制作。圖10.4-4微型密度計(jì)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(shí)心塑料桿(直徑約為3mm)作為標(biāo)度桿,塑料桿中部套一個(gè)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(gè)微型密度計(jì)(圖10.4-5)。圖10.4-5一種微型密度計(jì)把這個(gè)密度計(jì)漂浮在水中調(diào)節(jié)配重。改變銅絲的長度,使密度計(jì)在水中漂浮時(shí)浮子浸沒在水中,水面上方露出一段標(biāo)度桿。圖10.4-5一種微型密度計(jì)把調(diào)好配重的微型密度計(jì)放入標(biāo)準(zhǔn)消毒酒精中。待微型密度計(jì)靜止時(shí),依據(jù)液面的位置在標(biāo)度桿上做一個(gè)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(jì)就做好了(圖10.4-6)。圖10.4-6用微型密度計(jì)測量小瓶酒精的密度展示交流1.老師準(zhǔn)備了若干瓶密度不同的酒精,請用自制的微型密度計(jì)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(shí)驗(yàn)中,物體所受的重力為4.8N,當(dāng)把物體逐漸浸在水中和鹽水中時(shí)彈簧測力計(jì)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(shí)驗(yàn)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(jì)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(jì)示數(shù)不相同,物體受到的浮力不相同,實(shí)驗(yàn)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(jì)算出哪些物理量?

?某同學(xué)在廚房勞動時(shí)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(gè)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?。溅岩篻V排可判斷土豆所受的浮力較大。?我國完全自主設(shè)計(jì)建造的福建艦的排水量可達(dá)8萬噸,它滿載時(shí)受到的浮力是多少?當(dāng)艦載機(jī)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(shí)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(gè)小碟,點(diǎn)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?yàn)闊峥諝獾拿芏缺瓤諝獾拿芏刃?,孔明燈受到的浮力大于重力,利用的是空氣的浮力?一個(gè)氣球的體積跟你們班的教室的體積差不多,這個(gè)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?。溅芽諝鈍V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(yuǎn)遠(yuǎn)小于水下部分。已知冰的密度ρ水為0.9×103kg/m3,請計(jì)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(gè)潛水艇模型,說說你是怎樣使“潛水艇”實(shí)現(xiàn)下沉或上浮的。圖10-3當(dāng)燒瓶處于題圖所示的靜止(懸浮)狀態(tài)時(shí),重力等于浮力;若從橡膠管吸

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