科學(xué)探究物質(zhì)的密度初探

張淑敏

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）01-0169-01

根據(jù)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)各部分內(nèi)容要求的層次，在考試內(nèi)容和目標(biāo)要求”中用字母A、B、C標(biāo)出，他們的含義是：A：能知道知識(shí)的內(nèi)容及含義，并能在相關(guān)問(wèn)題中識(shí)別和直接使用。B：能理解知識(shí)的確切含義及內(nèi)在邏輯關(guān)系，并能簡(jiǎn)單運(yùn)用。C：能將知識(shí)應(yīng)用在新情境中，與已有知識(shí)建立聯(lián)系，對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析推理和綜合運(yùn)用。

課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密度的要求是C級(jí)最高要求，測(cè)量固體和液體的密度測(cè)量性實(shí)驗(yàn)，要求根據(jù)測(cè)量原理，正確使用儀器，組裝、連接實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)量物質(zhì)的密度。在中考中還會(huì)考察到密度的特殊測(cè)量。如何利用八年級(jí)學(xué)生好動(dòng)、好奇、好勝的特點(diǎn)，把他們 “誘導(dǎo)”到實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中來(lái)，本人根據(jù)教學(xué)實(shí)際，針對(duì)不同層次的學(xué)生就“科學(xué)探究物質(zhì)的密度”的教學(xué)，談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

一、八年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)物理已有三個(gè)月時(shí)間了，對(duì)科學(xué)探究的環(huán)節(jié)比較了解，因此在前期的教學(xué)中，盡量讓每個(gè)學(xué)生都能熟練的使用天平測(cè)液體和固體的質(zhì)量，會(huì)用量筒測(cè)固體和液體的體積，這是密度測(cè)量中關(guān)鍵性的操作。掌握測(cè)量密度的原理ρ=m/V

二、測(cè)量密度的常規(guī)方法

1、常規(guī)測(cè)量固體密度的方法

在測(cè)量固體的密度時(shí)，桌面上可供學(xué)生學(xué)生選擇的固體有：石塊、銅塊、鋁塊、鐵塊、木塊、蠟塊等。讓學(xué)生們自己選擇固體，根據(jù)測(cè)量密度的原理，首先要用調(diào)節(jié)好的天平測(cè)量固體的質(zhì)量，其次要測(cè)量固體的體積，圍繞如何測(cè)固體的體積進(jìn)行積極討論，把沉于水的石塊、銅塊、鋁塊、鐵塊歸于一類，把不沉于的木塊、蠟塊歸于一類。對(duì)沉于水的物體體積的測(cè)量大家很快達(dá)成共識(shí)。討論的焦點(diǎn)在如何讓木塊、蠟塊沉下去？同學(xué)們獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，方法有：（1）按壓法，為了減小誤差用堅(jiān)硬的細(xì)鐵絲或鋼針，將漂浮的物體壓入量筒里的水中，記下示數(shù)的變化。（2）捆綁法、沉錘法，將木塊、蠟塊捆綁在金屬塊上，也可以吊掛在石塊上，需要先測(cè)出金屬塊和水的總體積，再將金屬塊、物體全部浸沒(méi)到水中，測(cè)出總體積，二者之差即為物體的體積V=V2-V1，通過(guò)交流討論設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案，并總結(jié)出密度的表達(dá)式。ρ=m/（V2—V1）

2、常規(guī)測(cè)量鹽水等液體密度的方法

讓學(xué)生充分展開(kāi)討論，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案才能減小誤差？為了防止量筒掉下來(lái)摔碎不能將量筒直接放在天平上測(cè)質(zhì)量，設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案如下：（1）在燒杯中裝適量的鹽水，用調(diào)節(jié)好的天平測(cè)出燒杯和鹽水的總質(zhì)量m1；（2）將燒杯中的鹽水倒一些在量筒中測(cè)出其體積V；（3）用天平測(cè)出剩余鹽水和燒杯的質(zhì)量m2。根據(jù)ρ=m/V得ρ=（m2-m1）/V

三、測(cè)量密度的特殊方法

在常規(guī)測(cè)量密度實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，老師進(jìn)一步拋出問(wèn)題：如果在沒(méi)有天平或量筒的情況下如何測(cè)物體的密度？

1、等效替代法

如何利用天平、鹽水、燒杯、水測(cè)鹽水的密度？ 首先讓同學(xué)們明確測(cè)密度得原理，需要測(cè)量哪些物理量？用到哪些物理儀器？他們會(huì)發(fā)現(xiàn)儀器中沒(méi)有量筒，然后圍繞如何測(cè)鹽水的體積展開(kāi)討論，從而得出用水的體積可以等效替代鹽水的體積，通過(guò)交流討論設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案：（1）用調(diào)節(jié)好的天平測(cè)出空燒杯的質(zhì)量m0；（2）在空燒杯中裝水到某一刻度，測(cè)出它們的總質(zhì)量m1；（3）把水倒出，再將鹽水倒入燒杯中的這一刻度，測(cè)出它們的質(zhì)量m2。則鹽水的質(zhì)量：m液=m2-m0鹽水的體積：V=V水=（m1-m0）/ρ水通過(guò)計(jì)算得出鹽水的密度表達(dá)式是：ρ=ρ水（m2-m0）/（m1-m0）。

進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考，怎么測(cè)一瓶牛奶、醋、醬油、食用油等液體的密度？在認(rèn)真討論過(guò)程中，給學(xué)生解放了思想、發(fā)散思維、提高語(yǔ)言表達(dá)能力、分析糾錯(cuò)能力、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、，開(kāi)拓了學(xué)生自行探究的空間，滿足了學(xué)生希望自己是一個(gè)發(fā)現(xiàn)者、研究者的愿望。

2.溢水法

在只有天平的情況下如何用天平測(cè)固體的密度呢？問(wèn)題的焦點(diǎn)還是如何測(cè)固體的體積？引導(dǎo)學(xué)生思考，通過(guò)交流討論設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案：（1）將固體放入燒杯中，往燒杯中裝滿水，用天平測(cè)出三者的總質(zhì)量m1；（2）取出固體，用天平測(cè)出水和燒杯質(zhì)量m2；則m溢水=m1-m2，V=V溢水=（m1-m2）/ρ水，計(jì)算得出固體密度的表達(dá)式是：ρ=ρ水m/（m1-m2）。進(jìn)一步分析會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于取出的固體沾有水，使固體的體積偏大，造成密度值偏小。

在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上讓學(xué)生探討如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)減小誤差，可以給學(xué)生介紹另一種溢水法：（1）用調(diào)節(jié)好的測(cè)出空燒杯的質(zhì)量m0；（2）將另一個(gè)燒杯傾斜放置并盛滿水，將固體緩慢的浸沒(méi)在燒杯里，同時(shí)用燒杯接溢出的水，用天平測(cè)出水和燒杯質(zhì)量m1；則V=V溢水=（m1-m0）/ρ水，計(jì)算得出固體密度的表達(dá)式是：ρ=ρ水m/（m1-m0）。

四、通過(guò)以上交流與討論提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，增強(qiáng)了求知欲。在以后的教學(xué)中，隨著知識(shí)的不積累，密度測(cè)量的方法會(huì)不斷增加，學(xué)習(xí)了用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)重力后，就可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)間接的測(cè)量質(zhì)量，用m=G/g可以使以上的方法變個(gè)樣。八年級(jí)下學(xué)期學(xué)了浮力和密度計(jì)的知識(shí)后，又可以得出以下幾種測(cè)量方法：

1、浮力法

主要器材有：彈簧測(cè)力計(jì)、水、金屬塊、待測(cè)液體。測(cè)量步驟是：（1）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊在空氣中的重力G0；（2）用彈測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊浸沒(méi)在水中受到的重力G1；（3）用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬塊浸沒(méi)在未知液體中受到的重力G2。

通過(guò)計(jì)算可以得出：ρ液=ρ水（G0-G2）/（G0-G1）

2、浮體法

主要器材有：刻度尺、待測(cè)液體、正方體木塊、水。測(cè)量步驟是：（1）將木塊平放在水中漂浮，測(cè)出木塊浸在水中的深度h1（2）將木塊平放在待測(cè)液體中漂浮，測(cè)出木塊浸在液體中的深度h2；通過(guò)計(jì)算可以得出：ρ液=ρ水h1/h2

3、密度計(jì)法

主要器材有：自制密度計(jì)、待測(cè)液體、量筒。測(cè)量步驟是：（1）把鐵絲纏在細(xì)木棍下端制成簡(jiǎn)易的密度計(jì)；（2）在量筒中放適量的水，讓密度計(jì)漂浮在水中，測(cè)出它在水中的體積V水；（3）在量筒中放適量的待測(cè)液體，讓密度計(jì)漂浮在液體中，測(cè)出它在液體中的體積V液；

通過(guò)計(jì)算可以得出：ρ液=ρ水V水/V液

到了初三中考復(fù)習(xí)階段，安排開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生設(shè)計(jì)更多的實(shí)驗(yàn)方案，老師再引導(dǎo)他們分析各種方案中可能出現(xiàn)的誤差，比較他們的探究方案的優(yōu)劣。從而的出好的探究方案，他們的探究過(guò)程非常投入，通過(guò)這樣這實(shí)驗(yàn)探究把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓每一個(gè)學(xué)生都有參與的機(jī)會(huì)。使學(xué)生成為課堂的積極參與者，成為課堂的主體。