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5.5 实践：制作水油沙漏
一、实践背景与目标
（一）背景引入
在之前的学习中，我们知道密度是物质的重要特性，不同物质的密度一般不同（如水的密度约 1g/cm ，食用油的密度约 0.9g/cm ）。当两种互不相溶的液体混合时，密度小的液体会浮在密度大的液体上方，形成稳定分层 —— 这一特性正是制作 “水油沙漏” 的核心原理。水油沙漏不仅能直观展示密度差异导致的分层现象，还能通过液体流动速度变化，让我们进一步感受密度与液体流动性的关联。
（二）实践目标
知识目标：通过制作水油沙漏，验证 “互不相溶的液体因密度差异会分层” 的结论，理解密度对液体分层的影响。
技能目标：掌握水油沙漏的制作方法，学会选择合适的容器、调配液体比例，提升动手操作与创意设计能力。
情感目标：感受科学与艺术结合的乐趣，激发对密度应用的探索兴趣，培养严谨的实验态度与创新思维。
二、实践准备：材料与原理分析
（一）核心材料（每组 1 套，可根据创意调整）
材料类型
具体材料
规格与用途
容器
透明塑料瓶（或玻璃罐）
2 个相同的圆柱形瓶（容积 200-500mL，瓶口直径 3-5cm，如饮料瓶、许愿瓶），用于盛装水和油；1 个连接管（硅胶管或硬塑料管，直径 0.5-1cm，长度 5-10cm），用于连接两个容器，让液体流动
液体
清水、食用油（如菜籽油、橄榄油）
清水约 200mL（密度 1g/cm ），食用油约 200mL（密度 0.9g/cm ），两者互不相溶，可形成明显分层
辅助液体
食用色素（红、蓝、黄等）
1-2 瓶，用于给清水染色，使分层现象更清晰，提升沙漏观赏性
固定材料
热熔胶枪（或强力胶）、胶带、剪刀
热熔胶枪用于密封连接管与瓶口的缝隙，防止液体渗漏；剪刀用于裁剪容器或连接管
装饰材料
贴纸、彩绳、小石子、亮片
用于装饰沙漏外观，增加创意性（如在瓶身贴星空贴纸，或在液体中加入少量亮片，增强视觉效果）
（二）核心原理
分层原理：水与食用油互不相溶，且食用油的密度（约 0.9g/cm ）小于水的密度（1g/cm ），因此将两者混合后，食用油会浮在水的上方，形成稳定的 “油层在上、水层在下” 的分层结构。
流动原理：水油沙漏通过连接管实现液体在两个容器间的流动。由于水的密度大于油，在重力作用下，水的流动速度会比油略快；通过调整连接管的粗细，可控制液体流动速度，使沙漏达到 “计时” 或 “观赏” 的效果（注：水油沙漏的计时精度较低，主要用于展示密度现象）。
三、实践过程：分步骤制作水油沙漏
步骤 1：容器处理 —— 改造透明瓶
裁剪容器：取两个相同的透明塑料瓶，用剪刀将瓶口处的瓶盖取下（若瓶身较高，可适当裁剪瓶身，使两个容器高度一致，方便后续固定）。
打孔准备：在两个瓶盖的中心位置，用剪刀或打孔器钻一个小孔（孔径与连接管直径匹配，确保连接管能紧密插入，不渗漏）。
清洁容器：将容器和瓶盖用清水冲洗干净，擦干内壁水分，避免残留杂质影响液体分层。
步骤 2：调配有色液体 —— 增强分层效果
染色清水：取一个烧杯（或干净的杯子），倒入 150-200mL 清水，滴入 3-5 滴食用色素（如红色），用筷子轻轻搅拌均匀，制成 “有色水”（颜色浓度以清晰分辨分层为宜，不宜过浅）。
准备食用油：将食用油直接倒入另一个烧杯中（150-200mL），无需处理，保持透明状态（若想增加创意，可在油中加入少量亮片，注意亮片需干燥，避免吸水）。
步骤 3：组装容器与连接管
连接容器：将连接管的一端插入一个瓶盖的小孔中，用热熔胶枪在瓶盖内侧和外侧涂抹少量胶水，密封连接管与瓶盖的缝隙（等待胶水冷却凝固，确保无渗漏）；重复此步骤，将连接管的另一端与另一个瓶盖连接，使两个容器通过连接管连通。
固定容器：将两个容器的瓶口分别拧在已连接好连接管的瓶盖上，确保瓶盖拧紧；用胶带或热熔胶将两个容器的瓶身固定在一起（可呈 “倒八字” 或 “竖直对齐” 摆放，根据创意设计造型，建议竖直对齐，方便液体流动）。
步骤 4：注入水与油 —— 形成分层结构
注入食用油：将其中一个容器倒置，瓶口朝上，缓慢倒入准备好的食用油（约占容器容积的 2/3），注意避免油洒出；倒完后，保持容器直立，观察油面是否平稳。
注入有色水：将另一个容器（瓶口朝上）缓慢倒入有色水（同样约占容器容积的 2/3）；然后将两个容器通过连接管对齐，轻轻翻转其中一个容器，使食用油和有色水分别位于两个容器中，此时可观察到：当液体开始流动时，油始终浮在水的上方，形成明显分层。
检查渗漏：注入液体后，静置 1-2 分钟，观察连接管与瓶盖的连接处是否有液体渗漏；若有渗漏，用热熔胶补充密封，确保沙漏整体密封良好。
步骤 5：装饰与优化 —— 提升创意性
外观装饰：用贴纸、彩绳等装饰两个容器的瓶身（如贴上 “水层”“油层” 标签，标注两种液体的密度；或绘制星空、海洋图案，让沙漏更具观赏性）。
调整流动速度：若液体流动过快或过慢，可更换不同直径的连接管（管径越粗，流动越快；管径越细，流动越慢）；也可在连接管内放入少量干燥的棉线，减缓液体流动速度，使分层现象观察更清晰。
测试与完善：将制作好的水油沙漏轻轻翻转，观察液体在两个容器间的流动过程：油层始终浮在水层上方，随着流动，分层界面会缓慢移动，但不会混合 —— 这正是密度差异导致的稳定分层现象。
四、实践现象观察与分析
（一）核心现象记录
观察环节
现象描述
原理分析
液体混合后静置
食用油浮在有色水上方，形成清晰的两层，无混合现象
水与油互不相溶，且油的密度（0.9g/cm ）小于水的密度（1g/cm ），密度小的液体浮在上方
翻转沙漏，液体流动
液体通过连接管从上方容器流向下方容器，油层始终在水层上方，流动过程中分层界面保持清晰
重力作用下液体流动，但密度差异使两层液体不会混合，油始终处于上层
流动结束后静置
下方容器中仍为 “油层在上、水层在下” 的分层结构，与初始状态一致
密度是物质的特性，不随流动过程改变，因此分层状态稳定
（二）问题与解决方法
常见问题
产生原因
解决方法
液体渗漏
连接管与瓶盖的缝隙未密封好；瓶盖与瓶身未拧紧
用热熔胶重新密封缝隙；确保瓶盖拧紧，必要时在瓶口处缠绕生料带
水与油轻微混合
注入液体时速度过快，产生气泡；容器内壁有水残留，导致油中混入水珠
缓慢注入液体，避免产生气泡；确保容器内壁干燥后再注入油
液体流动过慢
连接管管径过细；液体中混入杂质，堵塞连接管
更换较粗的连接管；清理连接管内的杂质，确保管道通畅
五、实践成果展示与拓展
（一）成果展示形式
班级展示：各小组将制作好的水油沙漏放在展示台上，标注小组名称、液体密度、制作亮点（如 “创意星空水油沙漏”“带亮片的分层沙漏”），轮流讲解制作过程与观察到的密度现象。
功能演示：每组选派一名代表，现场翻转水油沙漏，演示液体流动与分层过程，向其他同学讲解 “为什么油会浮在水上”“流动时分层为什么不会消失”，巩固密度知识。
评选活动：组织 “最佳创意沙漏” 评选，从 “外观装饰、分层清晰度、密封性、原理讲解” 四个维度投票，表彰优秀作品，激发学生的创作积极性。
（二）实践拓展
探究不同液体的分层：尝试用其他互不相溶的液体制作沙漏（如酒精与水不可行，因两者互溶；可尝试甘油与食用油，甘油密度约 1.26g/cm ，会沉在油下方），观察分层顺序，对比不同液体的密度差异。
制作 “三色分层沙漏”：选择三种互不相溶且密度差异明显的液体（如蜂蜜，密度约 1.4g/cm ；水，1g/cm ；食用油，0.9g/cm ），按密度从大到小的顺序注入容器，制作三色分层沙漏，进一步验证 “密度越大，液体越靠下” 的规律。
分析沙漏的 “计时” 误差：记录水油沙漏中液体从一个容器流到另一个容器的时间，重复测量 3 次，计算平均值；分析 “液体温度（温度升高，油的流动性增强，时间缩短）”“连接管管径” 对计时的影响，理解密度与流动性的关联。
六、实践总结与评价
（一）实践总结
知识收获：通过制作水油沙漏，直观验证了 “互不相溶的液体因密度差异会分层” 的原理，明确了 “密度小的液体浮在上方，密度大的液体沉在下方” 的规律，深化了对密度特性的理解。
能力提升：在裁剪容器、密封连接管、调配液体的过程中，提升了动手操作能力；面对渗漏、流动过慢等问题时，学会了分析原因并解决，培养了问题解决能力。
创意启发：将科学原理与艺术装饰结合，认识到 “科学实践可以兼具知识性与观赏性”，激发了后续探索密度应用的兴趣（如制作分层鸡尾酒、密度实验装置）。
（二）实践评价
评价维度
评价标准
学生自评（1-5 分）
小组互评（1-5 分）
教师评价（1-5 分）
原理理解
能清晰解释水油分层的原因，准确说出两种液体的密度差异
制作质量
沙漏密封良好，无液体渗漏；分层清晰，液体流动顺畅
创意设计
外观装饰有特色，能结合密度知识标注或展示（如标注密度值）
现象分析
能准确记录观察到的分层与流动现象，结合密度原理分析原因
合作能力
小组分工明确，积极参与制作、展示与讲解，协作高效
（三）教师总结
教师对各小组的实践成果进行点评，肯定优点（如创意装饰、密封良好、原理讲解清晰），指出需改进的地方（如部分小组液体混合、流动速度过快），并强调：水油沙漏的制作不仅是一次创意实践，更是对密度知识的深度应用 —— 生活中还有很多类似的密度现象（如油漂浮在汤面上、海水密度大于淡水导致的浮力差异），希望同学们能带着科学思维，发现更多生活中的物理奥秘。
七、课后延伸任务
家庭展示：将制作好的水油沙漏带回家，向家人讲解其制作原理与密度现象，让家人观察液体分层与流动过程，完成一次 “家庭科学小科普”。
改进优化：根据实践中发现的问题（如渗漏、流动过快），对水油沙漏进行改进（如更换更粗的连接管、增加装饰亮片），并记录改进前后的变化，撰写一份 “改进报告”。
拓展阅读：查阅资料，了解 “密度在石油开采中的应用”（如利用密度差异分离原油与水），或 “分层鸡尾酒的制作原理”，将阅读收获分享到班级群，拓展知识视野。
沪科版2024版物理八年级全册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
5.5 实践 制作水油沙漏
第五章 质量与密度
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
认识生活中常见的计时工具
智能手表 石英钟 沙漏
社会发展历程中出现的较为原始的计时手段是什么？
水一滴滴落下，发出清脆的水滴声，同时同步伴随着钟表秒针的声音，因此，节奏均匀的滴水也可以用来计时。
计时工具的发展历程
日晷
圭表
沙漏
钟表
原子钟
任务一、查阅资料，了解人们使用沙漏的历史和原理
小组讨论、总结，小组汇报查询资料结果，形成对沙漏、水油沙漏的原理和作用的认识。
从计时工具沙漏入手，同学们分组利用互联网手段查询资料，了解沙漏的应用历程、原理，了解水油沙漏的原理。
任务一、查阅资料，了解人们使用沙漏的历史和原理
水油沙漏原理：水油沙漏的原理基于水和油的不相溶性以及它们的密度差异。由于水的密度大于油的密度，当水与油混合时，水会下沉到油下方。
任务二、动手制作水油沙漏
有盖子的塑料瓶子、防水胶、剪刀、吸管、着色的水、植物油等。
1.准备材料
任务二、动手制作水油沙漏
①准备瓶盖：将两个瓶子的瓶盖拧下来。让两个瓶盖背对背挨在一起，用胶水将它们粘合起来。如果使用热熔胶枪，可以更快地完成这一步骤，并确保粘合的牢固性。
②打孔：使用剪刀或锥子在粘合后的瓶盖两侧各打一个小孔，确保孔的大小能够让吸管顺利插入。将两根吸管分别插入两个小孔中，确保吸管插入的长度适中，不会过长或过短。密封吸管与孔间缝隙。
2.实践操作
任务二、动手制作水油沙漏
③准备液体：在一个瓶子中装满水，可以加入几滴色素，让水变得有色，在另一个瓶子中装满油。
④组装：把带有瓶盖的水瓶快速旋转拧在油瓶上。拧紧瓶盖，确保不会漏水或漏油。如果不确定是否拧紧，可以在瓶盖的边缘再涂抹一些胶水进行加固。
⑤观察：将装有油的瓶子置于底层放置。
2.实践操作
任务二、动手制作水油沙漏
⑥记录数据：记录吸管不同长度下水和油的流动速度以及达到平衡所需的时间。通过对比数据，分析吸管长度对实验效果的影响。
2.实践操作
注意：操作过程中使用剪刀时注意安全，不要伤及自身或他人，并注意所有实验物品都不可食用。
实验序号 1 2 3 ···
吸管长度/cm
液体完全通过时间/s
3.小组展示
（1）制作完成后，小组交流展示本组的作品，按评价量表评估作品的优缺点，形
成增强水油沙漏计时的准确性和美观性观点和认识。
项目 评分 优秀 良好 合格
小组分工是否明确
成员参与度
计时准确性（液体滴落节奏是否均匀）
是否容易观察（液体滴落快慢程度）
美观度
评分分为三个等级（优秀 良好 合格 ）
任务二、动手制作水油沙漏
3.小组展示
任务二、动手制作水油沙漏
（2）提出修正意见，并改进实践方案，以修正作品。
4.知识拓展
任务二、动手制作水油沙漏
了解古人利用光学知识，采用圭表、日晷等计时的方法，了解“太阳钟”的计时原理，课下动手制作一个“太阳钟”。
任务一 “时间简史”——沙漏的演变过程
中国古代计量时间的工具圭表、日晷、漏刻、沙漏、浑
天仪等，经历了简单到复杂的演变过程，计时工具的每一次
改进都标志着人类文明的进步。
一、请你查阅资料，了解沙漏的演变过程。
古代计 时工具 图片 工作原理 演变其他计时工具的原
因
圭表 __________________________ ____________ __ 遇上阴天下雨或是夜
晚，不能正常工作
光的直线传播
古代计 时工具 图片 工作原理 演变其他计时
工具的原因
漏刻 ____________________ 水从漏壶中滴出， 水位下降，壶中的 箭刻也下降。或者 滴水进壶中，水位 上升，用箭刻上升 的方式来指示时间 在冬天水遇冷
结冰
续表
古代计 时工具 图片 工作原理 演变其他计时工具的原因
沙漏 _____________ ____________ ____________ ____________ ____________ 流沙易在出口处发生堵
塞，从而詹希元发明了著
名的五轮沙漏，这种沙漏
是一种脱离了辅助的仪器
（现代钟表的前身）
利用重力驱动，使流沙从一个容器漏到另一个容器来计时
续表
二、一寸光阴一寸金，寸金难买寸光阴，对于古人而言，
时光是具有物质形态的，光阴就是阳光的影子，它是有
长度、有温度的。请你查阅资料，回答下面问题。
1.根据圭表的相关记载，制作一个太阳钟。
（1）制作圭面：在卡纸上使用直尺和圆规绘制一个圆形，
作为日晷的晷面。在晷面上按照________方向标记出0到11
的刻度，代表24小时的时间，每一大格代表____小时。
顺时针
两
（2）制作晷针：将准备好的细长物体（如铅笔）作为晷针，
确保晷针的长度足够，以便在日晷上投下清晰的影子。
（3）组装圭表：将晷针固定在晷面的中心位置，确保晷针
与晷面______。如果使用纸板作为晷面，可以将其粘贴在一
个稳固的底座上，以增强其稳定性。
垂直
（4）放置与校准：将圭表放置在阳光可以直射到晷针的地
方，并确保晷面与水平面______（填“平行”或“垂直”）。根
据当地的纬度，可以调整晷面与水平面的夹角，以使得
___________________________________________。
平行
晷针在正午时分的影子正好指向晷面的正中央
2.沙漏曾经是很流行的计时工具（如图）。
（1）某同学想知道这个沙漏一次漏完全部沙子需要多少时
间，他做了四次实验，但忘了第三次数据，请你补充完整。
次数 第一次 第二次 第三次 第四次
时间 30秒 29秒 ____ 29秒
略
（2）能用这个沙漏测10秒的时间吗？采用什么办法？
【解】能，将沙子完全集中一端，然后倒放过来，用秒表计
时，在10秒钟时用记号笔标出底部沙子上升的位置。
任务二 制作现代沙漏——水油沙漏
我们之前所说的沙漏都是从上往下流的，那能否仿照以
往的沙漏制作一个向上流的沙漏呢？
原理 基于水和油的不相溶性以及它们的______差异
材料 一对吸管、热熔胶枪、蓝胶、一把剪刀、两个带瓶盖
的透明塑料瓶（确保两个瓶子______）、一些植物
油、一壶水
密度
相同
制作 步骤 1.准备瓶盖和吸管
（1）先把塑料瓶的两个瓶盖拧下来，让它们
________（填“背对背”或“面对面”）挨在一起，用热
熔胶枪将它们粘合起来，打孔。
背对背
续表
制作 步骤 （2）再取出吸管，剪成和瓶盖长度一致的两段吸管
（如图①）。插在孔中，轻轻一推，使两个吸管互为
镜像的状态，用蓝胶进行密封，如图②。
_____________________________________________________________________________________________________
续表
制作 步骤 2.准备液体并进行组装
（1）在一个小瓶中倒入色素，并______水，让色素
和水充分溶解，并取出图②中的瓶盖拧好，如图③所
示。
（2）如图④，取出另一个瓶子______油，把水瓶快
速旋转另一端拧在油瓶上，拧紧。
装满
装满
续表
制作 步骤 3.实验成功时将会观察到的现象：_________________
___________________________。
4.记录数据：记录吸管不同粗细下水和油的流动速度
以及达到平衡所需的时间。
_________________________________________________________________________________________
油和水互换，蓝色的水往下流，油往上走
续表
制作 步骤 （1）在其他条件不变的情况下，从数据分析，吸管
越粗，液体完全通过一次的时间越____。
（2）本实验采用的是__________法
短
控制变量
续表
任务三 展示与交流
请根据上述实验内容思考并讨论，如何增强沙漏的计时准确
性和美观度等
【解】（1）准确性：①通过调整沙漏孔径的大小调整流速
的快慢;②调整液体的多少。
（2）美观度：①容器设计：.选择独特的容器形状; .使用高
质量的玻璃、陶瓷或金属材质; .选择色彩鲜艳的容器。
②液体选择：.使用不同颜色的液体; .选择透明度高的液体，
方便看到液体在容器中的流动。
③装饰和图案：.在容器上粘贴有趣的贴纸和标签; .在容器
上绘制或雕刻精美的图案;.在沙漏底部或内部安装灯; .
使用外部灯光照射沙漏。
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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