測(cè)量液體密度的多種方案

新的課程改革為物理教學(xué)注入了活力，其中的科學(xué)探究活動(dòng)是最具有特色的教學(xué)改革，而且在新教材的實(shí)驗(yàn)中逐漸體現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力，本次課程改革將學(xué)生活動(dòng)作為教材內(nèi)容的重要部分，強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究。新課標(biāo)要求我們的課堂教學(xué)必須有效地促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與，成為學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知和實(shí)踐活動(dòng)的渠道。為此，在中考復(fù)習(xí)密度時(shí)，我們?yōu)閷W(xué)生開(kāi)放了實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生用已學(xué)過(guò)的科學(xué)知識(shí)，動(dòng)手探究液體密度的測(cè)量方法。

器材準(zhǔn)備 天平、彈簧測(cè)力計(jì)、輕質(zhì)杠桿(含支架)、細(xì)線、密度已知為ρ的石塊、拴有細(xì)線的重物、小石塊、裝有適量細(xì)砂的平底試管、靈敏桿秤、刻度尺、兩只去口的雪碧瓶、一只空瓶、一根橡皮筋、兩只相同的小燒杯、一端扎有橡皮膜的玻璃管、大燒杯、足夠多的水、待測(cè)液體。

實(shí)驗(yàn)要求 根據(jù)學(xué)過(guò)的物理知識(shí)、原理，利用實(shí)驗(yàn)室提供的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行分組討論，設(shè)計(jì)了多種實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出了多種測(cè)定方法，概括起來(lái)，有以下幾種。

方案一 選擇“天平、一只空瓶、一根橡皮筋、待測(cè)液體，足夠多的水”。

步驟 ①用調(diào)節(jié)好的天平測(cè)出空瓶的質(zhì)量為m0；②測(cè)出裝適量水的瓶的總質(zhì)量為m1，用橡皮筋作上標(biāo)記，瓶中水的質(zhì)量m水=m1-m0，水的體積V=m1-m0ρ水；③倒出瓶中的水，待瓶中水干后，在瓶中倒入液體到標(biāo)記處，稱出總質(zhì)量為m2，待測(cè)液體的質(zhì)量m液=m2-m0;④液體的密度ρ=m2-m0m1-m0ρ水。

評(píng)析 測(cè)密度的常規(guī)方法是用天平測(cè)其質(zhì)量，用量筒測(cè)其體積，然后利用公式ρ=mV計(jì)算出物質(zhì)的密度。而同學(xué)們?cè)诖朔桨钢兄挥昧颂炱轿从昧客?，通過(guò)把待測(cè)液體與已經(jīng)知道密度的水進(jìn)行比較，得出待測(cè)液體的密度，這充分體現(xiàn)了學(xué)生在探究過(guò)程中的創(chuàng)新。

方案二 選擇“天平(無(wú)砝碼）、刻度尺、兩只相同的小燒杯、水、待測(cè)液體”。

步驟 ①用調(diào)節(jié)好的天平稱出等質(zhì)量的水和待測(cè)液體；②用刻度尺測(cè)出燒杯中的水和待測(cè)液體的高度分別為h水、h液；③由m水=m液，m=ρV，得ρ水Sh水=ρ液Sh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評(píng)析 此方案中學(xué)生沒(méi)有用量筒，且天平又無(wú)砝碼，而是利用刻度尺和燒杯，充分體現(xiàn)了學(xué)生扎實(shí)的科學(xué)知識(shí)和探究創(chuàng)新能力。

方案三 選擇“一端扎有橡皮膜的玻璃管、刻度尺、大燒杯、水、待測(cè)液體”。

步驟 ①在管內(nèi)倒入一定深度的待測(cè)液體；②將管豎直放入水中，待橡皮膜變平后，用刻度尺測(cè)出管底到水面和待測(cè)液面的深度分別為h水和h液；③P水=P液，ρ水gh水=ρ液gh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評(píng)析 此方案中學(xué)生既沒(méi)有用天平也沒(méi)有用量筒，只用了刻度尺和燒杯，充分體現(xiàn)了學(xué)生扎實(shí)的科學(xué)知識(shí)和探究創(chuàng)新能力。

方案四 選擇“裝有適量細(xì)砂的平底試管、刻度尺、兩只雪碧瓶、水、待測(cè)液體”。

步驟 ①將裝有適量細(xì)砂的平底試管放入盛有水的雪碧瓶中，使試管豎直地漂浮在水面上，用刻度尺測(cè)出此時(shí)試管進(jìn)入水中的長(zhǎng)度h水；②從水中取出試管，然后放入到盛有待測(cè)液體的瓶中，使試管豎直地漂浮于液面，量出此時(shí)試管進(jìn)入液體中的長(zhǎng)度h液；③因?yàn)槠。篏物=F水浮=F液；所以ρ水gV排=ρ液gV′排，ρ水gsh水=ρ液gsh液；④液體的密度ρ=h水h液ρ水。

評(píng)析 此方案也是未用天平和量筒，只用裝有適量細(xì)砂的平底試管、刻度尺、生活中的雪碧瓶，進(jìn)行探究，充分體現(xiàn)了學(xué)生能利用身邊的器材進(jìn)行科學(xué)探究，更加體現(xiàn)了物理來(lái)自于生活，生活離不開(kāi)物理。

方案五 選擇“彈簧測(cè)力計(jì)、細(xì)線、小石塊、水、待測(cè)液體”。

步驟 ①用彈簧測(cè)力計(jì)和細(xì)線測(cè)出石塊重為G；②將石塊浸沒(méi)在水中，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F水；③將石塊浸沒(méi)在待測(cè)液體中，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F液；④F水浮=G-F水

=ρ水gV排(1)

F液浮=G-F液=ρ液gV排(2)

（2）（1）得液體的密度ρ液=G-F液G-F水ρ水。

評(píng)析 同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)此方案時(shí)把浮力和密度的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，充分體現(xiàn)了學(xué)生把理論知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，也體現(xiàn)了學(xué)生的思維的靈活性。

方案六 選擇“桿秤、石塊、細(xì)線、去口的雪碧瓶、水、待測(cè)液體”。

步驟 ①取一靈敏桿秤，在秤鉤上系好石塊，用桿秤稱出石塊在空氣中的質(zhì)量為m0；②再把石塊浸沒(méi)在水中，稱出石塊此時(shí)的質(zhì)量為m1；③再把石塊浸沒(méi)在待測(cè)液體中，稱出石塊此時(shí)的質(zhì)量為m2；④根據(jù)F水浮=m0g-m1g=ρ水gV排，和F液浮=m0g-m2g=ρ液gV排兩次相比得出液體的密度ρ=m0-m1m0-m2ρ水。

評(píng)析 由于同學(xué)們家中沒(méi)有天平，他們想到用桿秤來(lái)代替天平，可見(jiàn)同學(xué)們利用生活中的測(cè)量工具進(jìn)行探究，把課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成家庭實(shí)驗(yàn)，使用身邊隨手可得的物品進(jìn)行探究活動(dòng)，拉近了物理學(xué)與生活的距離，使學(xué)生感受到科學(xué)的真實(shí)性，感受到科學(xué)和社會(huì)、科學(xué)和日常生活的關(guān)系；另一方面，由于這些物品本來(lái)的用途并不是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的興趣、積極性和創(chuàng)新。

方案七 選擇“輕質(zhì)杠桿(含支架)、一只大燒杯、細(xì)線、密度己知為ρ的石塊、拴有細(xì)線的重物、刻度尺、待測(cè)液體”。

步驟 ①將石塊和重物懸掛在杠桿的兩邊，使其在水平位置平衡，用刻度尺量出重物的臂長(zhǎng)L1；②讓石決浸沒(méi)在待測(cè)液體中，移動(dòng)重物位置，使其在水平位置平衡，再量出重物的臂長(zhǎng)L′1；③第一次平衡：GL1=mgL2(1)

第二次平衡：

評(píng)析 此方案中學(xué)生既沒(méi)有用天平也沒(méi)有用量筒，把浮力和杠桿原理的知識(shí)結(jié)合起來(lái)，充分體現(xiàn)了學(xué)生扎實(shí)的科學(xué)知識(shí)和探究創(chuàng)新能力。

在本次實(shí)驗(yàn)探究課中，學(xué)生的思維非常活躍，每一位學(xué)生都積極參與活動(dòng)，根據(jù)自己的知識(shí)和能力設(shè)計(jì)了不同的方案。有根據(jù)密度的定義式ρ=mV來(lái)測(cè)液體的密度，也有通過(guò)比較得出液體的密度。這些都充分體現(xiàn)了同學(xué)們的探究創(chuàng)新能力。因此，我們要充分利用實(shí)驗(yàn)探究課，讓學(xué)生充分參與教學(xué)的全過(guò)程。在動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦的探究活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，會(huì)收到意想不到的效果。

(欄目編輯 王柏廬)

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