簡易密度計的制作

陳治國 張 軍 張家華

(1. 江蘇省大港中學,江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)教師發(fā)展中心,江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

1 引言

蘇科版初中物理教材第十章《壓強與浮力》安排了“制作簡易密度計”的綜合實踐活動,學生在制作時遇到了以下困難：(1) 吸管封口操作較難；(2) 配重較輕時密度計無法豎直漂浮，配重較重時密度計則會沉到底；(3) 由于吸管長度和粗細的限制，所能標注的刻度線較少，導致密度計測量范圍較小、測量精度較差。筆者在教學中改進了密度計的制作方案,該方案操作簡便,刻度標注方便、測量范圍較大、精度較高。

2 制作原理及教學中發(fā)現(xiàn)的問題

2.1 制作原理

圖1

2.2 教學中發(fā)現(xiàn)的問題

蘇科版初中物理教材建議用吸管制作簡易密度計，在制作過程中學生遇到了以下困難:(1) 吸管底部的密封較為困難,用橡皮泥封口的效果較差,用熔化的石蠟封口則操作麻煩,反復使用還會出現(xiàn)封口破損的情況；(2) 配重不易控制,若配重較輕,吸管在水中無法豎直漂浮,或者吸管在水中能豎直漂浮，但放到鹽水中時不能豎直漂浮。若配重太大,吸管可能會沉到底部,或者吸管在水中能豎直漂浮,但放到酒精中時又會沉到底部。導致學生需反復調(diào)節(jié)配重,實驗耗時較長,有的小組在有限的時間內(nèi)不能制作成功。(3) 在吸管上可以標注刻度的長度有限,測量范圍較小,特別是一些所用配重較大的吸管,露出液面部分太短,導致不能有效測量未知液體(如酒精、醬油)的密度。

3 制作方法的改進

3.1 主要器材與制作方法

如圖2所示,取直徑為40mm、高30cm的平底玻璃管,在玻璃管底部用熱熔膠粘上直徑為40mm、厚度為5mm的圓形磁鐵,再準備3片相同的磁鐵備用。在直徑為10cm、高為30cm的盛液筒中加入適量的水,再準備一張打印好刻度線的A4紙以備標注密度。

圖2

3.2 制作原理

圖3

表1

在白紙上相應(yīng)位置標注出密度數(shù)值,將紙卷起來放入試管中,就可以制成簡易密度計了(圖4)。

圖4

4 改進方案的優(yōu)點

4.1 制作簡便，過程可控

教材提供的方案是用吸管制作簡易密度計,學生需要反復調(diào)試封口和配重，制作時間長,且易失敗,特別容易沉底,從而影響制作熱情，容易產(chǎn)生挫敗感。在本裝置中改變配重易操作,用3塊或4塊磁鐵作為配重,數(shù)據(jù)可控,便于不同小組比較交流。

4.2 刻度清晰,測量范圍大,測量精度高

因為玻璃管橫截面積大、長度長,在玻璃管中卷入A4紙使得刻度清晰、測量范圍大,可以用自制簡易密度計直接測量密度為0.8g/cm3的酒精和密度為1.3g/cm3的醬油的密度，以檢驗自制密度計的準確性,體驗物理與生活的緊密聯(lián)系。

4.3 器材的選擇多樣

在簡易密度計的制作過程可引導學生想到：只要選取一段有規(guī)則柱形的物體,如筷子、空圓珠筆筒、吸管等，再加上配重就可以用同樣的原理和方法制作密度計(如圖5、圖6)，幫助學生理解密度計的結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖5

圖6

4.1 拓展學生的思維

標定刻度的方法從本質(zhì)上是對漂浮時二力平衡條件和阿基米德原理的應(yīng)用,通過引導學生對定標方法的理解、思考,使學生透過現(xiàn)象看本質(zhì),提升其思維品質(zhì),把對本實驗玻璃管密度計的定標方法推廣應(yīng)用到其他材料(如筷子、吸管等)密度計的制作過程中,進一步強化學生對漂浮原理的理解。

5 結(jié)語

用吸管做簡易密度計看似簡單,實際操作困難、時間長、易失敗,而本方案操作簡便、便于比較,能夠在一節(jié)課的課堂時間內(nèi)完成密度計原理及制作的教學內(nèi)容，而且還可以根據(jù)學生的能力水平作進一步的拓展研究。本設(shè)計著眼于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,化難為易,可激發(fā)學生實驗探究的興趣,讓學生感受到創(chuàng)新、發(fā)明離我們其實并不遠,只要善于思考,我們也行!