“自制簡(jiǎn)易的密度計(jì)”教學(xué)設(shè)計(jì)

■潘祥浪

一、“自制簡(jiǎn)易的密度計(jì)”在初中力學(xué)中的地位

1.教材分析。

本實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是源于蘇科版《物理》八年級(jí)下冊(cè)（第98頁(yè)）第十章壓強(qiáng)和浮力的綜合實(shí)踐活動(dòng)版塊。學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了力的相關(guān)知識(shí)，知道了物體浮與沉的條件，在此基礎(chǔ)上利用“綜合實(shí)踐活動(dòng)——自制簡(jiǎn)易的密度計(jì)”這一版塊，讓學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去，體現(xiàn)了“物理來(lái)源于生活，物理回歸生活”的課程理念，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生可以用自制的密度計(jì)來(lái)測(cè)量生活中一些物質(zhì)的密度，在制作密度計(jì)和測(cè)量密度的過(guò)程中感受成功的愉悅，培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的興趣。

2.學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（1）知識(shí)與技能：能靈活應(yīng)用浮沉條件比較浮力大??；能利用漂浮條件的等量關(guān)系，制作簡(jiǎn)易密度計(jì)；能利用漂浮條件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量液體的密度。

（2）過(guò)程與方法：學(xué)生自己動(dòng)手制作密度計(jì)，在此過(guò)程中，不斷進(jìn)行改良，更好地掌握密度計(jì)設(shè)計(jì)的原理；在用密度計(jì)測(cè)量的過(guò)程中，提升解決問(wèn)題的能力。

（3）情感、態(tài)度：引導(dǎo)學(xué)生在制作密度計(jì)的過(guò)程中，不斷發(fā)現(xiàn)矛盾，激發(fā)動(dòng)機(jī)，提出問(wèn)題，改進(jìn)提高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

3.本課的重、難點(diǎn)。

如何制作較為精密的密度計(jì)，借助水的密度測(cè)出其他液體的密度；在密度計(jì)上標(biāo)上刻度；測(cè)量未知液體的密度。

二、教法與學(xué)法

本節(jié)課采用演示實(shí)驗(yàn)及學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法。師生通過(guò)共同活動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。學(xué)生經(jīng)歷制作密度計(jì)、改良密度計(jì)、給密度計(jì)標(biāo)刻度、用自制密度計(jì)測(cè)未知液體的密度的過(guò)程，在分組實(shí)驗(yàn)中輕松解決教學(xué)重、難點(diǎn)，充分體現(xiàn)循序漸進(jìn)、“探究為主，講解為輔”的教學(xué)原則。

三、教學(xué)資源

實(shí)驗(yàn)用器材：吸管、鋼珠、石蠟、燒杯、量筒、水、刻度尺、計(jì)算器、可樂(lè)、食鹽水、酒精等。

四、教學(xué)過(guò)程

1.溫故知新，提出本節(jié)課的設(shè)計(jì)任務(wù)。

師：如圖1所示，雞蛋靜止時(shí)處于什么狀態(tài)？它受到的重力與浮力之間有什么關(guān)系？

圖1

生：漂浮狀態(tài)，它受到的重力和浮力是一對(duì)平衡力，重力大小等于浮力大小。

師：要使雞蛋漂浮時(shí)排開(kāi)鹽水的體積變小或變大，我們?cè)撛趺醋瞿兀?/p>

生：改變鹽水的密度來(lái)改變雞蛋排開(kāi)鹽水的體積。

師：由此可見(jiàn)，雞蛋漂浮時(shí)所排開(kāi)鹽水體積的大小與鹽水密度的大小有關(guān)系。

學(xué)生對(duì)舊知回顧，知道雞蛋處于靜止?fàn)顟B(tài)（平衡狀態(tài)）；可以通過(guò)受力分析判斷出雞蛋在漂浮時(shí)受到的重力大小和浮力大小是相等的關(guān)系，這為后面自制密度計(jì)提供了設(shè)計(jì)原理。在此基礎(chǔ)上提出：“要使雞蛋漂浮時(shí)排開(kāi)鹽水的體積變小或變大。我們?cè)撛趺醋瞿?？”讓學(xué)生聯(lián)想到通過(guò)改變鹽水的密度來(lái)解決這一問(wèn)題。加鹽，當(dāng)鹽水的濃度增大時(shí)，雞蛋排開(kāi)鹽水的體積變??；加清水使鹽水的密度變小，雞蛋排開(kāi)鹽水的體積就變大，而在改變鹽水濃度時(shí)，雞蛋受到的浮力不變，暗合了密度計(jì)在不同液體中漂浮時(shí)雖然排開(kāi)液體的體積改變，但是浮力不變的特點(diǎn)。

2.手腦并用、循序漸進(jìn)、創(chuàng)作設(shè)計(jì)。

師：試一試，拿一根一端用石蠟封閉的細(xì)吸管，將封閉的一端放入水中，能否豎直漂浮？

學(xué)生動(dòng)手做一做，發(fā)現(xiàn)細(xì)吸管不能豎直漂浮。

師：可以采取什辦法讓其豎直漂??？

學(xué)生利用小組擁有的實(shí)驗(yàn)器材，尋求解決問(wèn)題的策略。

師：吸管豎直漂浮時(shí)受到的重力大小和浮力大小之間有什么關(guān)系？

生：吸管豎直漂浮時(shí)受到的重力和浮力相等。

通過(guò)“一根一端用石蠟封閉的細(xì)吸管，將封閉的一端放入水中，能否豎直漂浮”這一個(gè)問(wèn)題的設(shè)計(jì)，自然過(guò)渡到本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，既能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，又能激發(fā)他們探究的欲望。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一端封蠟的細(xì)吸管并不能豎直漂浮在水中。那怎樣才能讓它豎直漂浮在水中呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生利用提供的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行嘗試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在吸管中增加適量鋼珠作為配重能夠讓細(xì)吸管豎直漂浮，這就是密度計(jì)的雛形。接著提出了“吸管豎直漂浮時(shí)受到的重力和浮力之間有什么關(guān)系”這一問(wèn)題，與前面雞蛋漂浮時(shí)受到的重力與浮力的關(guān)系相呼應(yīng)，學(xué)生很自然地得出了兩個(gè)力大小相等的結(jié)論。在此基礎(chǔ)上教師點(diǎn)出豎直漂浮的吸管就是一支簡(jiǎn)易的密度計(jì)，讓學(xué)生知道密度計(jì)的工作原理。

3.自制簡(jiǎn)易密度計(jì)標(biāo)上刻度標(biāo)注要科學(xué)規(guī)范。

師：若設(shè)細(xì)吸管的底面積為S，那只需測(cè)量什么物理量就能夠知道吸管排開(kāi)液體的體積？

生：只要知道細(xì)吸管浸入水中的深度就可以了。

1.探究密度計(jì)浸入液體的深度h與液體密度ρ液的關(guān)系。

圖2

師：如圖2所示，同一支密度計(jì)，浸入水中的深度為H，浸入某液體中的深度為h，請(qǐng)推導(dǎo)h的表達(dá)式：h=ρ水H/ρ液。

生：根據(jù)同一密度計(jì)在不同液體中漂浮的條件可以得出F浮=ρ水SH=ρ液Sh，在此基礎(chǔ)上可以推導(dǎo)出h=ρ水H/ρ液。

師：由推導(dǎo)式h=ρ水H/ρ液可知，液體密度越大，密度計(jì)浸入液體的深度將如何變化？

生：浸入液體中的深度越小。

一系列問(wèn)題讓學(xué)生由淺入深、由表及里、循序漸進(jìn)地掌握密度計(jì)浸入水中的深度與待測(cè)液體的密度有關(guān)，待測(cè)液體密度越大，密度計(jì)浸入水中的深度越小，反之越大。通過(guò)這個(gè)公式的推導(dǎo)，學(xué)生明白了密度計(jì)上自上而下的刻度分布特點(diǎn)是由小到大。

2.利用表格數(shù)據(jù)，在簡(jiǎn)易密度計(jì)上標(biāo)注刻度。

師：用自制簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)出密度計(jì)浸入水中的深度H。根據(jù)以上推導(dǎo)出的公式，計(jì)算出液體密度與下表中的密度值相等時(shí)，簡(jiǎn)易密度計(jì)浸入的深度h（取密度的單位為g/cm3），請(qǐng)將計(jì)算出的h值填入表格中對(duì)應(yīng)的位置。

酒精 鹽水 可樂(lè)液體的種類(lèi)液體的密度ρ（g/cm3）

學(xué)生用刻度尺測(cè)出自制簡(jiǎn)易密度計(jì)浸入水中部分的深度H，用公式h=ρ水H/ρ液計(jì)算出不同密度時(shí)，此密度計(jì)浸入水中的深度h，完成表格中的數(shù)據(jù)。

師：請(qǐng)大家在密度計(jì)上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的刻度，并標(biāo)上對(duì)應(yīng)的密度值。

學(xué)生在簡(jiǎn)易的密度計(jì)不同的h處標(biāo)上對(duì)應(yīng)的密度值。

師：觀察你所制作的密度計(jì)的刻度，看看刻度分布有什么樣的特點(diǎn)？

生：刻度分布不夠均勻，上疏下密。

師：將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制成圖像，說(shuō)一說(shuō)為什么密度計(jì)上的刻度分布不均勻？

學(xué)生完成圖像繪制，知道了h與ρ成反比，所以刻度分布不均勻。

學(xué)生利用公式h=ρ水H/ρ液計(jì)算出不同密度時(shí)此密度計(jì)浸入水中的深度h，然后在自制簡(jiǎn)易密度計(jì)上標(biāo)出浸在液體不同深度處所對(duì)應(yīng)的密度值，至此簡(jiǎn)易密度計(jì)才得以真正完成，才能夠稱(chēng)得上是真正意義上的密度計(jì)。學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在簡(jiǎn)易密度計(jì)上標(biāo)出對(duì)應(yīng)的刻度，發(fā)現(xiàn)刻度分布不均勻，勢(shì)必會(huì)生成新的疑問(wèn)“刻度為什么不均勻”，通過(guò)畫(huà)圖像，學(xué)生恍然大悟，原來(lái)h與ρ成反比，所以分布不均勻。一環(huán)扣一環(huán)的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生不斷有新的生成，最終學(xué)生通過(guò)自制簡(jiǎn)易密度計(jì)的過(guò)程，對(duì)密度計(jì)有了全面深刻的了解。

3.學(xué)以致用，用自制簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)液體密度。

師：用自制簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)出鹽水、可樂(lè)、酒精的密度，填入表格。

液體的密度ρ（g/cm3）0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 ……浸入的深度h/cm ……

學(xué)生用自制密度計(jì)測(cè)量這三種液體的密度。

師：這三種液體的密度測(cè)量是否準(zhǔn)確，我們可以通過(guò)更精密的測(cè)量工具進(jìn)行檢測(cè)。

學(xué)生用實(shí)驗(yàn)室的密度計(jì)再測(cè)這三種液體的密度，與自制密度計(jì)測(cè)量的結(jié)果加以比較。

師：自制簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)量誤差較大的原因可能是什么？如何改進(jìn)呢？

學(xué)生討論交流，分析誤差產(chǎn)生的可能原因，針對(duì)產(chǎn)生的原因提出改進(jìn)措施。

制作簡(jiǎn)易密度計(jì)，其目的是讓學(xué)生用簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)量生活中常見(jiàn)液體的密度，學(xué)生會(huì)有成功的體驗(yàn)。讓學(xué)生利用自己測(cè)量的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室密度計(jì)測(cè)量的結(jié)果加以比較，發(fā)現(xiàn)有較大的偏差，自然就引入了如何改良密度計(jì)來(lái)減小測(cè)量的誤差。學(xué)生通過(guò)分析提出了減小誤差的方法，對(duì)原來(lái)的自制密度計(jì)加以改進(jìn)，能收到很好的教學(xué)效果。

4.知識(shí)系統(tǒng)化，學(xué)生小結(jié)本節(jié)課收獲。

建構(gòu)主義認(rèn)為，讓學(xué)生自主地架構(gòu)知識(shí)體系比教師直接教學(xué)更有意義，所以本節(jié)課讓學(xué)生充分回憶所學(xué)內(nèi)容，自己動(dòng)手制作簡(jiǎn)易的密度計(jì)，會(huì)給密度計(jì)標(biāo)上刻度，能分析出密度計(jì)上刻度不均勻的原因，會(huì)用自制簡(jiǎn)易密度計(jì)測(cè)量液體的密度、，能夠?qū)γ芏扔?jì)測(cè)量的誤差進(jìn)行分析，自己總結(jié)所得收獲，對(duì)密度計(jì)的原理、制作、使用等環(huán)節(jié)有很好的把握，形成自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。學(xué)生對(duì)知識(shí)的習(xí)得不再是零碎的、分散的，而是系統(tǒng)的、條理化的、模塊化的；學(xué)生對(duì)知識(shí)的習(xí)得符合由淺入深、由易到難、由表及里的認(rèn)知規(guī)律，在知識(shí)框架建構(gòu)的過(guò)程中，學(xué)生的概括能力也得到了很大的提升，在動(dòng)手操作過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力得以培養(yǎng)。

總之，這一節(jié)課教師讓學(xué)生通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)了學(xué)生的探究欲望。通過(guò)多媒體的演示，學(xué)生對(duì)密度計(jì)有了全面的認(rèn)識(shí)，利于知識(shí)框架的建構(gòu)。動(dòng)手實(shí)踐培養(yǎng)了創(chuàng)新能力，環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題，提升了學(xué)生的思維能力，收到了很好的教學(xué)效果。