资源简介

(共20张PPT)
第十章　浮力
第 4 节　跨学科实践：制作微型密度计
项目提出
　　设计：微型密度计能放进 100 mL 小瓶酒精中进行测量；
　　　　　能鉴别所测酒精的密度是否合格。
　　制作：合理选择器材进行制作和调试，完成作品。
项目分析
　　为了完成微型密度计的设计，我们将大问题拆分成小问题进行研究。
小问题如下：
　　1. 使酒精不溢出来，需完成密度计的哪个参数设计？
　　2. 较准确地鉴别酒精的密度，需完成密度计的哪个参数设计？
　　3. 除了标度杆以外，还需要完成密度计的哪些构造设计？
设计微型密度计
项目实施
项目实施
　　1. 将密度计放入小瓶酒精测量时，酒精可能溢出来，要使酒精不溢
出，需设计密度计的哪个物理量参数？如何设计？
　　（1）测量时使酒精不溢出来，我们可以怎么办？
　　酒精会溢出，说明密度计浸入液体的体积大了，而浸入液体的体积
等于排开液体的体积，所以需要减小密度计排开液体的体积。
项目实施
　　（2）密度计排开液体的体积减小，密度计的哪个物理量会随之变化呢？
　　由阿基米德原理可得 F浮＝ρ液V排g，液体密度一定，排开液体的体积
减小时，密度计所受的浮力就会随之减小。
　　密度计漂浮，受重力和浮力，由二力平衡可得 F浮＝m计g。密度计所
受的重力也要随之减小。
　　可见液体密度一定，减小密度计的质量就可以减小排开液体的体积，
从而来防止液体的溢出。 所以测量时使酒精不溢出需设计密度计的质量
参数。
项目实施
　　（3）微型密度计测量时排开酒精的体积约为 1～2 mL，消毒酒精的
密度约为 0.87×103 kg/m3，微型密度计的质量设计为多大合适？
　　应用 F浮＝ρ液V排g 和 F浮＝m计g 可推理演绎得出密度计的质量与排开
液体体积的定量关系为 m计＝ρ液V排，代入数据计算得出微型密度计的质
量应为 1 g 左右。
项目实施
　　2. 要较为准确地鉴别酒精密度，需设计密度计的哪个物理量参数？
如何设计？
　　（1）如图是同一支密度计漂浮在甲、乙两种酒精液体中的情境，
其中一种酒精的密度是 0.86×103 kg/m3，另一种是一种酒精的密度是0.88×103 kg/m3。请你判断甲酒精的密度是多大？为什么？
　　由 m＝ρ液V排可得，同一密度计在密度
小的酒精中排开液体的体积大，浸入的深
度深，故甲酒精的密度为 0.86×103 kg/m3。
项目实施
　　（2）合格的消毒酒精密度在 0.86×103 kg/m3 和 0.88×103 kg/m3 之
间，密度计测量时，合格的酒精液面就会落在标度杆 A、B 之间，为便
于观察分辨，A、B 间的长度就不能太小。接下来我们研究一下 A、B 间
的长度跟什么因素有关？找到影响其大小的因素，我们就可以很好地控
制 A、B 间的长度 Δh。
　　由圆柱体体积公式 V＝Sh 得：
　　A、B 间的长度 Δh 跟密度计在两种酒精中排开酒精
体积的差值 ΔV 排和标度杆的横截面积 S 有关。
项目实施
　　（3）设计的微型密度计的质量约为 1 g，合格的消毒酒精的密度在
0.86×103 kg/m3 和 0.88×103 kg/m3 之间，你能计算出 A、B 刻度所对应的
排开液体体积差值吗？
　　应用质量设计中的演绎结论 m计＝ρ液V排 得
　　　　　 ΔV排＝V排A－V排B＝ －
　　代入数据计算得到 A、B 刻度所对应的排开液体
体积差值约为 0.026 mL。
m计
ρA
m计
ρB
项目实施
　　（4）知道了 A、B 刻度所对应的排开液体体积的差值，设定 A、B
间的长度为 4 mm，则标度杆的直径应等于多少？
　　应用体积变形公式
　　　　　　　　　S＝ －
　　计算得到标度杆的横截面积不得大于 0.07 cm2，
对应的直径约为 3 mm。所以判断 100 mL 酒精是否
合格的微型密度计标度杆可以选用直径约为 3 mm
塑料吸管。
VAB
Δh
ΔV排
Δh
项目实施
　　3. 除了用塑料吸管作为标度杆以外，还需要设计密度计的哪些构造？
　　（1）将塑料吸管放入酒精中，发现不能竖直漂浮，如何实现竖直漂
浮呢？
　　可以增加塑料吸管一端的质量，使塑料吸管的这
一端下沉。但密度计的质量要控制在 1 g 左右，故配
重不能太大，所以具体做法是在其一端缠绕焊锡丝，
增加这端配重。
项目实施
　　（2）增加配重后密度计触底了，无法漂浮，怎么实现漂浮？
　　增加一个浮子。
微型密度计的构造图
项目实施
制作微型密度计
　　选择材料
实心塑料杆
塑料吸管
项目实施
　　制作
项目实施
　　标记刻度
项目实施
　　鉴别
塑料吸管密度计
实心塑料杆密度计
展示交流
项目评估
　　 1. 老师公布酒精密度，看看你的测量结果与老师公布的结论相同
吗？ 如果你的测量结果与老师公布的结论不同，请分析产生误差的原
因。如果你的测量结果与老师公布的结论相同，说说你的体会。
要解决的问题 解决方法或需要设计的物理量
1 要能放进 100 mL 小瓶酒精中进行测量
2 放入盛酒精的小瓶后可能会使酒精溢出
3 测量时要能竖直漂浮在水面上
4 增加配重后放入酒精中会下沉
5 漂浮在密度相差不大的酒精中时，液面在标度杆上的位置变化可能很小
展示交流
　　 2. 回顾设计过程，我们经历和解决了哪些问题？
减小密度计的体积
设计密度计的质量 1 g 左右
增加配重
增加浮子
设计标度杆的直径 3 mm
展示交流
项目拓展
　　浸在液体中的物体所受浮力的大小与液体的密度有关，我们就应用
浮力的知识制作了密度计，你还可以根据什么物理原理制作液体密度计？
　　静压式密度计：一定高度液柱的静压力与该液体的密度成正比，根
据压力测量仪表测出的静压数值来衡量液体的密度。

展开更多......

收起↑