科學探究物質的密度初探

張淑敏

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）01-0169-01

根據《義務教育物理課程標準（2011年版）》對各部分內容要求的層次，在考試內容和目標要求”中用字母A、B、C標出，他們的含義是：A：能知道知識的內容及含義，并能在相關問題中識別和直接使用。B：能理解知識的確切含義及內在邏輯關系，并能簡單運用。C：能將知識應用在新情境中，與已有知識建立聯系，對實際問題進行分析推理和綜合運用。

課程標準對密度的要求是C級最高要求，測量固體和液體的密度測量性實驗，要求根據測量原理，正確使用儀器，組裝、連接實驗裝置，測量物質的密度。在中考中還會考察到密度的特殊測量。如何利用八年級學生好動、好奇、好勝的特點，把他們 “誘導”到實驗探究活動中來，本人根據教學實際，針對不同層次的學生就“科學探究物質的密度”的教學，談談自己的看法。

一、八年級學生學習物理已有三個月時間了，對科學探究的環節比較了解，因此在前期的教學中，盡量讓每個學生都能熟練的使用天平測液體和固體的質量，會用量筒測固體和液體的體積，這是密度測量中關鍵性的操作。掌握測量密度的原理ρ=m/V

二、測量密度的常規方法

1、常規測量固體密度的方法

在測量固體的密度時，桌面上可供學生學生選擇的固體有：石塊、銅塊、鋁塊、鐵塊、木塊、蠟塊等。讓學生們自己選擇固體，根據測量密度的原理，首先要用調節好的天平測量固體的質量，其次要測量固體的體積，圍繞如何測固體的體積進行積極討論，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。對沉于水的物體體積的測量大家很快達成共識。討論的焦點在如何讓木塊、蠟塊沉下去？同學們獻計獻策，方法有：（1）按壓法，為了減小誤差用堅硬的細鐵絲或鋼針，將漂浮的物體壓入量筒里的水中，記下示數的變化。（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，需要先測出金屬塊和水的總體積，再將金屬塊、物體全部浸沒到水中，測出總體積，二者之差即為物體的體積V=V2-V1，通過交流討論設計出最佳實驗方案，并總結出密度的表達式。ρ=m/（V2—V1）

2、常規測量鹽水等液體密度的方法

讓學生充分展開討論，如何設計實驗方案才能減小誤差？為了防止量筒掉下來摔碎不能將量筒直接放在天平上測質量，設計出最佳實驗方案如下：（1）在燒杯中裝適量的鹽水，用調節好的天平測出燒杯和鹽水的總質量m1；（2）將燒杯中的鹽水倒一些在量筒中測出其體積V；（3）用天平測出剩余鹽水和燒杯的質量m2。根據ρ=m/V得ρ=（m2-m1）/V

三、測量密度的特殊方法

在常規測量密度實驗的基礎上，老師進一步拋出問題：如果在沒有天平或量筒的情況下如何測物體的密度？

1、等效替代法

如何利用天平、鹽水、燒杯、水測鹽水的密度？ 首先讓同學們明確測密度得原理，需要測量哪些物理量？用到哪些物理儀器？他們會發現儀器中沒有量筒，然后圍繞如何測鹽水的體積展開討論，從而得出用水的體積可以等效替代鹽水的體積，通過交流討論設計出最佳實驗方案：（1）用調節好的天平測出空燒杯的質量m0；（2）在空燒杯中裝水到某一刻度，測出它們的總質量m1；（3）把水倒出，再將鹽水倒入燒杯中的這一刻度，測出它們的質量m2。則鹽水的質量：m液=m2-m0鹽水的體積：V=V水=（m1-m0）/ρ水通過計算得出鹽水的密度表達式是：ρ=ρ水（m2-m0）/（m1-m0）。

進一步引導學生思考，怎么測一瓶牛奶、醋、醬油、食用油等液體的密度？在認真討論過程中，給學生解放了思想、發散思維、提高語言表達能力、分析糾錯能力、動手實驗能力、，開拓了學生自行探究的空間，滿足了學生希望自己是一個發現者、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固體的密度呢？問題的焦點還是如何測固體的體積？引導學生思考，通過交流討論設計出最佳實驗方案：（1）將固體放入燒杯中，往燒杯中裝滿水，用天平測出三者的總質量m1；（2）取出固體，用天平測出水和燒杯質量m2；則m溢水=m1-m2，V=V溢水=（m1-m2）/ρ水，計算得出固體密度的表達式是：ρ=ρ水m/（m1-m2）。進一步分析會發現，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。

在此實驗的基礎上讓學生探討如何改進實驗設計減小誤差，可以給學生介紹另一種溢水法：（1）用調節好的測出空燒杯的質量m0；（2）將另一個燒杯傾斜放置并盛滿水，將固體緩慢的浸沒在燒杯里，同時用燒杯接溢出的水，用天平測出水和燒杯質量m1；則V=V溢水=（m1-m0）/ρ水，計算得出固體密度的表達式是：ρ=ρ水m/（m1-m0）。

四、通過以上交流與討論提高了學生學習物理的興趣，增強了求知欲。在以后的教學中，隨著知識的不積累，密度測量的方法會不斷增加，學習了用彈簧測力計測重力后，就可以用彈簧測力計測間接的測量質量，用m=G/g可以使以上的方法變個樣。八年級下學期學了浮力和密度計的知識后，又可以得出以下幾種測量方法：

1、浮力法

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

通過計算可以得出：ρ液=ρ水（G0-G2）/（G0-G1）

2、浮體法

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

3、密度計法

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

通過計算可以得出：ρ液=ρ水V水/V液

到了初三中考復習階段，安排開放性實驗室，讓學生設計更多的實驗方案，老師再引導他們分析各種方案中可能出現的誤差，比較他們的探究方案的優劣。從而的出好的探究方案，他們的探究過程非常投入，通過這樣這實驗探究把主動權交給學生，讓每一個學生都有參與的機會。使學生成為課堂的積極參與者，成為課堂的主體。