“自制简易的密度计”教学设计

■潘祥浪

一、“自制简易的密度计”在初中力学中的地位

1.教材分析。

本实验教学设计的内容是源于苏科版《物理》八年级下册（第98页）第十章压强和浮力的综合实践活动版块。学生已经学习了力的相关知识，知道了物体浮与沉的条件，在此基础上利用“综合实践活动——自制简易的密度计”这一版块，让学生将所学的知识应用到实践中去，体现了“物理来源于生活，物理回归生活”的课程理念，培养学生运用所学知识解决问题的能力和创新意识。学生可以用自制的密度计来测量生活中一些物质的密度，在制作密度计和测量密度的过程中感受成功的愉悦，培养学习物理的兴趣。

2.学习目标。

（1）知识与技能：能灵活应用浮沉条件比较浮力大小；能利用漂浮条件的等量关系，制作简易密度计；能利用漂浮条件设计实验测量液体的密度。

（2）过程与方法：学生自己动手制作密度计，在此过程中，不断进行改良，更好地掌握密度计设计的原理；在用密度计测量的过程中，提升解决问题的能力。

（3）情感、态度：引导学生在制作密度计的过程中，不断发现矛盾，激发动机，提出问题，改进提高，培养学生的创造性思维。

3.本课的重、难点。

如何制作较为精密的密度计，借助水的密度测出其他液体的密度；在密度计上标上刻度；测量未知液体的密度。

二、教法与学法

本节课采用演示实验及学生分组实验相结合的方法。师生通过共同活动发现问题、解决问题，最大限度地调动学生的积极性。学生经历制作密度计、改良密度计、给密度计标刻度、用自制密度计测未知液体的密度的过程，在分组实验中轻松解决教学重、难点，充分体现循序渐进、“探究为主，讲解为辅”的教学原则。

三、教学资源

实验用器材：吸管、钢珠、石蜡、烧杯、量筒、水、刻度尺、计算器、可乐、食盐水、酒精等。

四、教学过程

1.温故知新，提出本节课的设计任务。

师：如图1所示，鸡蛋静止时处于什么状态？它受到的重力与浮力之间有什么关系？

图1

生：漂浮状态，它受到的重力和浮力是一对平衡力，重力大小等于浮力大小。

师：要使鸡蛋漂浮时排开盐水的体积变小或变大，我们该怎么做呢？

生：改变盐水的密度来改变鸡蛋排开盐水的体积。

师：由此可见，鸡蛋漂浮时所排开盐水体积的大小与盐水密度的大小有关系。

学生对旧知回顾，知道鸡蛋处于静止状态（平衡状态）；可以通过受力分析判断出鸡蛋在漂浮时受到的重力大小和浮力大小是相等的关系，这为后面自制密度计提供了设计原理。在此基础上提出：“要使鸡蛋漂浮时排开盐水的体积变小或变大。我们该怎么做呢？”让学生联想到通过改变盐水的密度来解决这一问题。加盐，当盐水的浓度增大时，鸡蛋排开盐水的体积变小；加清水使盐水的密度变小，鸡蛋排开盐水的体积就变大，而在改变盐水浓度时，鸡蛋受到的浮力不变，暗合了密度计在不同液体中漂浮时虽然排开液体的体积改变，但是浮力不变的特点。

2.手脑并用、循序渐进、创作设计。

师：试一试，拿一根一端用石蜡封闭的细吸管，将封闭的一端放入水中，能否竖直漂浮？

学生动手做一做，发现细吸管不能竖直漂浮。

师：可以采取什办法让其竖直漂浮？

学生利用小组拥有的实验器材，寻求解决问题的策略。

师：吸管竖直漂浮时受到的重力大小和浮力大小之间有什么关系？

生：吸管竖直漂浮时受到的重力和浮力相等。

通过“一根一端用石蜡封闭的细吸管，将封闭的一端放入水中，能否竖直漂浮”这一个问题的设计，自然过渡到本节课学习的内容，既能够调动学生学习的主动性，又能激发他们探究的欲望。学生在实验的过程中发现一端封蜡的细吸管并不能竖直漂浮在水中。那怎样才能让它竖直漂浮在水中呢？带着这个问题，学生利用提供的实验器材进行尝试，结果发现在吸管中增加适量钢珠作为配重能够让细吸管竖直漂浮，这就是密度计的雏形。接着提出了“吸管竖直漂浮时受到的重力和浮力之间有什么关系”这一问题，与前面鸡蛋漂浮时受到的重力与浮力的关系相呼应，学生很自然地得出了两个力大小相等的结论。在此基础上教师点出竖直漂浮的吸管就是一支简易的密度计，让学生知道密度计的工作原理。

3.自制简易密度计标上刻度标注要科学规范。

师：若设细吸管的底面积为S，那只需测量什么物理量就能够知道吸管排开液体的体积？

生：只要知道细吸管浸入水中的深度就可以了。

1.探究密度计浸入液体的深度h与液体密度ρ液的关系。

图2

师：如图2所示，同一支密度计，浸入水中的深度为H，浸入某液体中的深度为h，请推导h的表达式：h=ρ水H/ρ液。

生：根据同一密度计在不同液体中漂浮的条件可以得出F浮=ρ水SH=ρ液Sh，在此基础上可以推导出h=ρ水H/ρ液。

师：由推导式h=ρ水H/ρ液可知，液体密度越大，密度计浸入液体的深度将如何变化？

生：浸入液体中的深度越小。

一系列问题让学生由浅入深、由表及里、循序渐进地掌握密度计浸入水中的深度与待测液体的密度有关，待测液体密度越大，密度计浸入水中的深度越小，反之越大。通过这个公式的推导，学生明白了密度计上自上而下的刻度分布特点是由小到大。

2.利用表格数据，在简易密度计上标注刻度。

师：用自制简易密度计测出密度计浸入水中的深度H。根据以上推导出的公式，计算出液体密度与下表中的密度值相等时，简易密度计浸入的深度h（取密度的单位为g/cm3），请将计算出的h值填入表格中对应的位置。

酒精 盐水 可乐液体的种类液体的密度ρ（g/cm3）

学生用刻度尺测出自制简易密度计浸入水中部分的深度H，用公式h=ρ水H/ρ液计算出不同密度时，此密度计浸入水中的深度h，完成表格中的数据。

师：请大家在密度计上标出对应的刻度，并标上对应的密度值。

学生在简易的密度计不同的h处标上对应的密度值。

师：观察你所制作的密度计的刻度，看看刻度分布有什么样的特点？

生：刻度分布不够均匀，上疏下密。

师：将实验数据绘制成图像，说一说为什么密度计上的刻度分布不均匀？

学生完成图像绘制，知道了h与ρ成反比，所以刻度分布不均匀。

学生利用公式h=ρ水H/ρ液计算出不同密度时此密度计浸入水中的深度h，然后在自制简易密度计上标出浸在液体不同深度处所对应的密度值，至此简易密度计才得以真正完成，才能够称得上是真正意义上的密度计。学生利用实验数据在简易密度计上标出对应的刻度，发现刻度分布不均匀，势必会生成新的疑问“刻度为什么不均匀”，通过画图像，学生恍然大悟，原来h与ρ成反比，所以分布不均匀。一环扣一环的教学设计，学生不断有新的生成，最终学生通过自制简易密度计的过程，对密度计有了全面深刻的了解。

3.学以致用，用自制简易密度计测液体密度。

师：用自制简易密度计测出盐水、可乐、酒精的密度，填入表格。

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

学生用自制密度计测量这三种液体的密度。

师：这三种液体的密度测量是否准确，我们可以通过更精密的测量工具进行检测。

学生用实验室的密度计再测这三种液体的密度，与自制密度计测量的结果加以比较。

师：自制简易密度计测量误差较大的原因可能是什么？如何改进呢？

学生讨论交流，分析误差产生的可能原因，针对产生的原因提出改进措施。

制作简易密度计，其目的是让学生用简易密度计测量生活中常见液体的密度，学生会有成功的体验。让学生利用自己测量的数据与实验室密度计测量的结果加以比较，发现有较大的偏差，自然就引入了如何改良密度计来减小测量的误差。学生通过分析提出了减小误差的方法，对原来的自制密度计加以改进，能收到很好的教学效果。

4.知识系统化，学生小结本节课收获。

建构主义认为，让学生自主地架构知识体系比教师直接教学更有意义，所以本节课让学生充分回忆所学内容，自己动手制作简易的密度计，会给密度计标上刻度，能分析出密度计上刻度不均匀的原因，会用自制简易密度计测量液体的密度、，能够对密度计测量的误差进行分析，自己总结所得收获，对密度计的原理、制作、使用等环节有很好的把握，形成自己的知识网络。学生对知识的习得不再是零碎的、分散的，而是系统的、条理化的、模块化的；学生对知识的习得符合由浅入深、由易到难、由表及里的认知规律，在知识框架建构的过程中，学生的概括能力也得到了很大的提升，在动手操作过程中，学生的创新能力得以培养。

总之，这一节课教师让学生通过分组实验，经历实验探究的过程，培养了学生学习的兴趣，激发了学生的探究欲望。通过多媒体的演示，学生对密度计有了全面的认识，利于知识框架的建构。动手实践培养了创新能力，环环相扣的问题，提升了学生的思维能力，收到了很好的教学效果。