“自制簡易的密度計”教學設計

■潘祥浪

一、“自制簡易的密度計”在初中力學中的地位

1.教材分析。

本實驗教學設計的內容是源于蘇科版《物理》八年級下冊（第98頁）第十章壓強和浮力的綜合實踐活動版塊。學生已經學習了力的相關知識，知道了物體浮與沉的條件，在此基礎上利用“綜合實踐活動——自制簡易的密度計”這一版塊，讓學生將所學的知識應用到實踐中去，體現了“物理來源于生活，物理回歸生活”的課程理念，培養學生運用所學知識解決問題的能力和創新意識。學生可以用自制的密度計來測量生活中一些物質的密度，在制作密度計和測量密度的過程中感受成功的愉悅，培養學習物理的興趣。

2.學習目標。

（1）知識與技能：能靈活應用浮沉條件比較浮力大小；能利用漂浮條件的等量關系，制作簡易密度計；能利用漂浮條件設計實驗測量液體的密度。

（2）過程與方法：學生自己動手制作密度計，在此過程中，不斷進行改良，更好地掌握密度計設計的原理；在用密度計測量的過程中，提升解決問題的能力。

（3）情感、態度：引導學生在制作密度計的過程中，不斷發現矛盾，激發動機，提出問題，改進提高，培養學生的創造性思維。

3.本課的重、難點。

如何制作較為精密的密度計，借助水的密度測出其他液體的密度；在密度計上標上刻度；測量未知液體的密度。

二、教法與學法

本節課采用演示實驗及學生分組實驗相結合的方法。師生通過共同活動發現問題、解決問題，最大限度地調動學生的積極性。學生經歷制作密度計、改良密度計、給密度計標刻度、用自制密度計測未知液體的密度的過程，在分組實驗中輕松解決教學重、難點，充分體現循序漸進、“探究為主，講解為輔”的教學原則。

三、教學資源

實驗用器材：吸管、鋼珠、石蠟、燒杯、量筒、水、刻度尺、計算器、可樂、食鹽水、酒精等。

四、教學過程

1.溫故知新，提出本節課的設計任務。

師：如圖1所示，雞蛋靜止時處于什么狀態？它受到的重力與浮力之間有什么關系？

圖1

生：漂浮狀態，它受到的重力和浮力是一對平衡力，重力大小等于浮力大小。

師：要使雞蛋漂浮時排開鹽水的體積變小或變大，我們該怎么做呢？

生：改變鹽水的密度來改變雞蛋排開鹽水的體積。

師：由此可見，雞蛋漂浮時所排開鹽水體積的大小與鹽水密度的大小有關系。

學生對舊知回顧，知道雞蛋處于靜止狀態（平衡狀態）；可以通過受力分析判斷出雞蛋在漂浮時受到的重力大小和浮力大小是相等的關系，這為后面自制密度計提供了設計原理。在此基礎上提出：“要使雞蛋漂浮時排開鹽水的體積變小或變大。我們該怎么做呢？”讓學生聯想到通過改變鹽水的密度來解決這一問題。加鹽，當鹽水的濃度增大時，雞蛋排開鹽水的體積變小；加清水使鹽水的密度變小，雞蛋排開鹽水的體積就變大，而在改變鹽水濃度時，雞蛋受到的浮力不變，暗合了密度計在不同液體中漂浮時雖然排開液體的體積改變，但是浮力不變的特點。

2.手腦并用、循序漸進、創作設計。

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

學生動手做一做，發現細吸管不能豎直漂浮。

師：可以采取什辦法讓其豎直漂浮？

學生利用小組擁有的實驗器材，尋求解決問題的策略。

師：吸管豎直漂浮時受到的重力大小和浮力大小之間有什么關系？

生：吸管豎直漂浮時受到的重力和浮力相等。

通過“一根一端用石蠟封閉的細吸管，將封閉的一端放入水中，能否豎直漂浮”這一個問題的設計，自然過渡到本節課學習的內容，既能夠調動學生學習的主動性，又能激發他們探究的欲望。學生在實驗的過程中發現一端封蠟的細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？帶著這個問題，學生利用提供的實驗器材進行嘗試，結果發現在吸管中增加適量鋼珠作為配重能夠讓細吸管豎直漂浮，這就是密度計的雛形。接著提出了“吸管豎直漂浮時受到的重力和浮力之間有什么關系”這一問題，與前面雞蛋漂浮時受到的重力與浮力的關系相呼應，學生很自然地得出了兩個力大小相等的結論。在此基礎上教師點出豎直漂浮的吸管就是一支簡易的密度計，讓學生知道密度計的工作原理。

3.自制簡易密度計標上刻度標注要科學規范。

師：若設細吸管的底面積為S，那只需測量什么物理量就能夠知道吸管排開液體的體積？

生：只要知道細吸管浸入水中的深度就可以了。

1.探究密度計浸入液體的深度h與液體密度ρ液的關系。

圖2

師：如圖2所示，同一支密度計，浸入水中的深度為H，浸入某液體中的深度為h，請推導h的表達式：h=ρ水H/ρ液。

生：根據同一密度計在不同液體中漂浮的條件可以得出F浮=ρ水SH=ρ液Sh，在此基礎上可以推導出h=ρ水H/ρ液。

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

生：浸入液體中的深度越小。

一系列問題讓學生由淺入深、由表及里、循序漸進地掌握密度計浸入水中的深度與待測液體的密度有關，待測液體密度越大，密度計浸入水中的深度越小，反之越大。通過這個公式的推導，學生明白了密度計上自上而下的刻度分布特點是由小到大。

2.利用表格數據，在簡易密度計上標注刻度。

師：用自制簡易密度計測出密度計浸入水中的深度H。根據以上推導出的公式，計算出液體密度與下表中的密度值相等時，簡易密度計浸入的深度h（取密度的單位為g/cm3），請將計算出的h值填入表格中對應的位置。

酒精 鹽水 可樂液體的種類液體的密度ρ（g/cm3）

學生用刻度尺測出自制簡易密度計浸入水中部分的深度H，用公式h=ρ水H/ρ液計算出不同密度時，此密度計浸入水中的深度h，完成表格中的數據。

師：請大家在密度計上標出對應的刻度，并標上對應的密度值。

學生在簡易的密度計不同的h處標上對應的密度值。

師：觀察你所制作的密度計的刻度，看看刻度分布有什么樣的特點？

生：刻度分布不夠均勻，上疏下密。

師：將實驗數據繪制成圖像，說一說為什么密度計上的刻度分布不均勻？

學生完成圖像繪制，知道了h與ρ成反比，所以刻度分布不均勻。

學生利用公式h=ρ水H/ρ液計算出不同密度時此密度計浸入水中的深度h，然后在自制簡易密度計上標出浸在液體不同深度處所對應的密度值，至此簡易密度計才得以真正完成，才能夠稱得上是真正意義上的密度計。學生利用實驗數據在簡易密度計上標出對應的刻度，發現刻度分布不均勻，勢必會生成新的疑問“刻度為什么不均勻”，通過畫圖像，學生恍然大悟，原來h與ρ成反比，所以分布不均勻。一環扣一環的教學設計，學生不斷有新的生成，最終學生通過自制簡易密度計的過程，對密度計有了全面深刻的了解。

3.學以致用，用自制簡易密度計測液體密度。

師：用自制簡易密度計測出鹽水、可樂、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 ……

學生用自制密度計測量這三種液體的密度。

師：這三種液體的密度測量是否準確，我們可以通過更精密的測量工具進行檢測。

學生用實驗室的密度計再測這三種液體的密度，與自制密度計測量的結果加以比較。

師：自制簡易密度計測量誤差較大的原因可能是什么？如何改進呢？

學生討論交流，分析誤差產生的可能原因，針對產生的原因提出改進措施。

制作簡易密度計，其目的是讓學生用簡易密度計測量生活中常見液體的密度，學生會有成功的體驗。讓學生利用自己測量的數據與實驗室密度計測量的結果加以比較，發現有較大的偏差，自然就引入了如何改良密度計來減小測量的誤差。學生通過分析提出了減小誤差的方法，對原來的自制密度計加以改進，能收到很好的教學效果。

4.知識系統化，學生小結本節課收獲。

建構主義認為，讓學生自主地架構知識體系比教師直接教學更有意義，所以本節課讓學生充分回憶所學內容，自己動手制作簡易的密度計，會給密度計標上刻度，能分析出密度計上刻度不均勻的原因，會用自制簡易密度計測量液體的密度、，能夠對密度計測量的誤差進行分析，自己總結所得收獲，對密度計的原理、制作、使用等環節有很好的把握，形成自己的知識網絡。學生對知識的習得不再是零碎的、分散的，而是系統的、條理化的、模塊化的；學生對知識的習得符合由淺入深、由易到難、由表及里的認知規律，在知識框架建構的過程中，學生的概括能力也得到了很大的提升，在動手操作過程中，學生的創新能力得以培養。

總之，這一節課教師讓學生通過分組實驗，經歷實驗探究的過程，培養了學生學習的興趣，激發了學生的探究欲望。通過多媒體的演示，學生對密度計有了全面的認識，利于知識框架的建構。動手實踐培養了創新能力，環環相扣的問題，提升了學生的思維能力，收到了很好的教學效果。