初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第十章 浮力第4节 跨学科实践：制作微型密度计教案及反思

这是一份初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第十章 浮力第4节 跨学科实践：制作微型密度计教案及反思，共16页。教案主要包含了项目提出，项目分析，项目实施，展示交流等内容，欢迎下载使用。
教材分析
1. 地位与作用：
本节内容是人教版初中物理八年级下册第十章《浮力》的第 4 节，是在学生学习了浮力、阿基米德原理等知识后的跨学科实践活动。
它不仅是对前面知识的综合应用，更是培养学生动手能力、创新思维以及跨学科综合素养的重要载体，让学生体会物理知识与实际生活的紧密联系，提高学生解决实际问题的能力。
2. 内容结构：
从项目提出入手，引出制作能放入小瓶中判断酒精是否合格的微型密度计这一任务。
接着进行项目分析，深入探讨设计微型密度计需考虑的因素，如质量、标度杆直径等，为制作提供理论依据。
然后是项目实施，详细阐述制作的步骤和方法。
最后通过展示交流环节，让学生分享成果、分析误差，深化对知识的理解和应用。
学情分析
1. 知识基础：
学生已学习了密度、浮力、阿基米德原理等知识，对物体的浮沉条件有了一定的认识，这为理解密度计的工作原理和制作微型密度计奠定了理论基础。
但学生对这些知识的综合应用能力还有待提高，需要通过实践活动来强化。
2. 能力水平：
八年级学生具有较强的好奇心和动手欲望，具备一定的动手操作能力和团队协作能力。
然而，他们在实验设计、数据分析以及解决实际问题时，可能会遇到困难，需要教师的引导和帮助。
3. 认知特点：
此阶段的学生正从形象思维向抽象思维过渡，对直观、生动的实验活动更感兴趣。
在教学中，应多采用实验、实例等方式，帮助学生理解抽象的物理概念和原理。
教学目标
1. 物理观念：
深入理解密度的概念和测量方法，明确密度计测量液体密度的原理是利用物体的漂浮条件，即浮力等于重力。
掌握浮力的计算公式及应用，能运用阿基米德原理分析密度计在不同液体中的受力情况。
2. 科学思维：
通过设计和制作微型密度计，学会运用物理知识进行分析、推理和估算，培养逻辑思维能力。
能够对实验数据和现象进行分析、归纳，得出合理的结论，提高科学思维能力。
3. 科学探究：
经历制作微型密度计的全过程，体验科学探究的一般步骤，包括提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价等。
学会根据实验目的和要求，选择合适的实验器材和实验方法，提高实验操作能力和科学探究能力。
4. 科学态度与责任：
培养严谨认真、实事求是的科学态度，在实验过程中，认真测量、记录数据，尊重实验事实。
增强团队合作意识，学会与他人交流、合作，共同完成实验任务。
体会物理知识在实际生活中的应用价值，培养运用物理知识解决实际问题的责任感。
教学重难点
1. 教学重点：
掌握制作微型密度计的方法和步骤，包括选择合适的材料、设计合理的结构、进行精确的制作等。
学会使用微型密度计测量液体密度，理解测量原理和操作要点。
2. 教学难点：
理解密度计刻度的原理，即根据物体漂浮时浮力等于重力，结合阿基米德原理，推导出密度计刻度与液体密度的关系。
提高微型密度计的测量精度，分析并减小实验误差，如材料选择、制作工艺、测量方法等因素对精度的影响。
教学策略
1. 讲授法：讲解密度计的工作原理、制作原理以及相关的物理知识，使学生对教学内容有初步的理性认识。
2. 实验法：学生通过动手制作微型密度计，亲身体验实验过程，培养动手能力和实践操作能力。
3. 讨论法：组织学生讨论设计微型密度计时需要考虑的因素、实验过程中遇到的问题及解决方法等，激发学生的思维，促进学生之间的交流与合作。
4. 小组合作法：将学生分成小组进行实验，培养学生的团队合作精神和沟通能力，让学生在合作中相互学习、共同进步。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
引入新课
播放一段工业生产中利用密度计测量液体密度的视频，提问：“在视频中，我们看到了密度计在工业生产中的重要应用，那大家想不想自己动手制作一个微型的密度计呢？”
认真观看视频，思考老师提出的问题，对制作微型密度计产生兴趣。
通过视频展示，激发学生的学习兴趣和探究欲望，引出本节课的主题 —— 制作微型密度计。
项目提出
展示小瓶酒精，讲解：“消毒酒精的密度约为 0.87×10³ kg/m³ ，用密度计测量酒精的密度，可以初步判断酒精是否合格。但常用的密度计体积较大，很难放入小瓶酒精中进行测量。所以，我们今天的任务就是设计制作一个微型密度计，放入小瓶中，方便、快速地判断酒精是否合格。”
认真聆听，明确本节课的任务是制作能放入小瓶中判断酒精是否合格的微型密度计。
明确任务，让学生清楚本节课的学习目标，增强学习的针对性。
项目分析
1. 提问：“要制作一个能满足要求的微型密度计，我们需要考虑哪些因素呢？先想一想密度计的工作原理是什么？” 引导学生回顾物体的漂浮条件和阿基米德原理。
2. 讲解：密度计是利用物体漂浮在液面上时，浮力等于重力的原理工作的。根据阿基米德原理 F 浮 = ρ 液 gV 排 ，在重力不变的情况下，液体密度不同，排开液体的体积就不同。
3. 提问：“那么设计的微型密度计应满足哪些具体要求呢？”
4. 引导学生讨论并总结：密度计要能够竖直地漂浮在酒精中，能通过刻度 (或标记) 直接读出酒精的密度是否合格；做好的密度计放入小瓶后，不能触碰到瓶底，也不能使小瓶中的酒精溢出；为了能判断酒精密度的变化，即密度计放入酒精中后有较为明显的位置变化，需要着重考虑密度计的质量和标度杆的直径这两个因素。
5. 提问：“密度计的质量大约为多大合适呢？”
6. 讲解：对于 100 mL 的小瓶酒精来说，若微型密度计测量时排开 1 2 mL 的酒精，一般不会导致酒精的溢出。已知酒精的密度 ρ = 0.87×10³ kg/m³ ，根据 m = ρV ，可算出 1 2 mL 酒精的质量为 1 g 左右，所以我们设计的微型密度计的质量也应为 1 g 左右。
7. 提问：“那密度计的标度杆直径如何确定呢？”
8. 结合图片讲解：消毒酒精的密度为 0.86×10³ 0.88×10³ kg/m³ 是合格的。若密度计漂浮在密度为 0.86×10³ 0.88×10³ kg/m³ 的酒精中，标度杆上的标记应该是一个范围，在范围内的酒精都是合格的。为了便于观察，设定 A、B 间的长度不少于 4 mm。根据圆柱体的体积公式 V = Sh（S 为横截面积，h 为高），由 V 排的变化量和 h（A、B 间长度）可计算出标度杆的横截面积约为 0.07 cm² ，再根据圆的面积公式 S = πr² ，可算出直径约为 3 mm。
9. 提问：“密度计包含哪些必要的部件呢？”
10. 引导学生讨论并总结：为了使微型密度计能在酒精中竖直漂浮，需要在标度杆下部增加配重 (如绕一些铜丝)，但绕铜丝后的标度杆放在酒精中会下沉，因此还要在标度杆上固定一个浮子来增大浮力。这样，微型密度计由标度杆、浮子和配重三部分组成，配重位于最下方，浮子位于上方。
1. 思考老师提出的问题，回顾物体漂浮条件和阿基米德原理，回答密度计的工作原理。
2. 认真聆听老师讲解，理解密度计的工作原理与阿基米德原理的关系。
3. 积极参与讨论，思考并回答设计微型密度计应满足的要求。
4. 认真聆听老师对密度计质量和标度杆直径确定方法的讲解，理解其中的物理原理和计算过程。
5. 思考并回答密度计包含的部件，理解各部件的作用。
1. 通过提问引导学生回顾已学知识，为理解密度计的工作原理和制作原理奠定基础。
2. 详细讲解密度计的工作原理和制作需要考虑的因素，培养学生的分析和推理能力，让学生明白制作微型密度计的理论依据。
3. 组织学生讨论，激发学生的思维，提高学生的参与度，培养学生的团队合作精神和语言表达能力。
项目实施 制作材料选择
1. 展示制作微型密度计的材料：小泡沫塑料球、圆珠笔芯、细铜丝、红色胶布、刻度尺等。
2. 介绍各材料的作用：用圆珠笔芯 (直径约为 3 mm) 作为标度杆，方便标注刻度；笔芯中部套一个直径约 1.2 cm 的泡沫塑料球作为浮子，增大浮力；下端绕的细铜丝作为配重，降低重心使密度计能竖直漂浮；红色胶布用于标记合格酒精密度对应的位置；刻度尺用于测量和标注。
观察老师展示的材料，聆听老师对各材料作用的介绍，了解材料的选择依据。
让学生了解制作微型密度计所需的材料及各材料的作用，为后续制作做好准备。
项目实施 制作过程
1. 示范制作过程：
用圆珠笔芯作为标度杆，将笔芯中部套上泡沫塑料球作为浮子，下端开始绕细铜丝作为配重，初步做成一个密度计。
把这个密度计漂浮在水中调节配重，改变细铜丝的长度，使密度计在水中漂浮时浮子浸没在水中，水面上方露出一截笔芯。
把调好配重的微型密度计放入标准消毒酒精中，待微型密度计静止时，依据液面的位置在标度杆上做一个记号。最后，用 4 mm 宽的红色胶布中心对着记号贴在笔芯上，微型密度计就做好了。
2. 强调注意事项：绕铜丝时要紧密缠绕，确保配重稳定；调节配重时要耐心细致，观察密度计在水中的漂浮状态；标记液面位置时要准确。
3. 组织学生分组制作：将学生分成小组，每组 4 5 人，明确小组分工，如材料准备、制作操作、数据记录等。
4. 巡视指导：在学生制作过程中，教师巡视各小组，及时发现问题并给予指导，如密度计不能竖直漂浮、配重不合适等问题。
1. 认真观看老师的示范制作过程，学习制作方法和步骤。
2. 聆听老师强调的注意事项，牢记制作过程中的要点。
3. 小组内分工合作，按照老师的示范和要求进行制作，在制作过程中积极交流，共同解决遇到的问题。
1. 通过教师示范，让学生直观地学习制作微型密度计的方法和步骤，降低制作难度。
2. 强调注意事项，培养学生严谨认真的科学态度，减少制作过程中的失误。
3. 组织小组合作制作，培养学生的团队合作精神和动手能力，让学生在实践中深化对知识的理解和应用。
展示交流
1. 组织各小组展示制作的微型密度计：邀请各小组代表上台展示他们制作的微型密度计，并介绍制作过程中的经验和遇到的问题以及解决方法。
2. 提供若干瓶密度不同的酒精：让学生用自制的微型密度计测量这些酒精，判断哪瓶酒精的密度符合消毒酒精的要求，哪瓶密度偏大，哪瓶密度偏小。
3. 引导学生分析误差：提问：“在测量过程中，大家觉得可能是什么原因导致测量结果存在误差呢？” 引导学生从材料选择、制作工艺、测量方法等方面进行分析。
4. 组织学生分享体会：组织学生分享在整个制作和测量过程中的体会和收获，如对物理知识的理解、团队合作的感受等。
1. 小组代表上台展示微型密度计，介绍制作经验、问题及解决方法，其他小组成员认真聆听，学习借鉴。
2. 用自制的微型密度计测量不同酒精的密度，判断酒精是否合格，并记录测量结果。
3. 思考老师提出的问题，从材料、制作、测量等方面分析误差产生的原因，如铜丝缠绕不均匀、标度杆刻度不准确、测量时密度计未完全竖直等。
4. 积极分享自己在制作和测量过程中的体会和收获，如对浮力和密度知识的理解更深刻了，团队合作中学会了沟通和协作等。
1. 通过展示交流，让学生相互学习，拓宽思路，提高学生的表达能力和自信心。
2. 让学生实际测量酒精密度，检验制作的微型密度计的实用性，加深对密度计工作原理的理解。
3. 引导学生分析误差，培养学生的科学思维和反思能力，让学生学会从实践中总结经验教训。
4. 组织学生分享体会，促进学生对知识和技能的内化，培养学生的总结归纳能力和情感态度价值观。
课堂总结
1. 引导学生回顾：“同学们，我们一起来回顾一下今天这节课的主要内容。首先我们提出了制作微型密度计的任务，然后分析了制作需要考虑的因素，接着大家动手制作了微型密度计，最后进行了展示交流和误差分析。谁能具体说一说制作微型密度计需要考虑哪些因素呢？”
2. 总结强调：总结制作微型密度计的关键知识点，包括密度计的工作原理、制作方法、刻度原理以及提高测量精度的方法等，强调物理知识与实际应用的紧密联系，鼓励学生在今后的学习和生活中，多运用物理知识解决实际问题。
1. 跟随老师的引导，回顾本节课的内容，积极回答老师的问题，如制作微型密度计需要考虑密度计的质量、标度杆的直径、部件组成等因素。
2. 认真聆听老师的总结，加深对本节课重点知识的理解，认识到物理知识在实际生活中的重要性。
1. 通过回顾总结，帮助学生梳理本节课的知识框架，强化重点知识，加深记忆。
2. 强调物理知识与实际应用的联系，激发学生学习物理的兴趣和动力，培养学生运用物理知识解决实际问题的意识和能力。
板书设计
第 4 节 跨学科实践：制作微型密度计
一、项目提出
制作微型密度计判断酒精是否合格
二、项目分析
1. 工作原理：物体漂浮时，F 浮 = G 物 ，F 浮 = ρ 液 gV 排
2. 设计要求：竖直漂浮、不触底不溢出、明显位置变化
3. 考虑因素：
质量：约 1g（对于 100mL 小瓶酒精，排开 1 2mL 酒精质量约 1g）
标度杆直径：约 3mm（根据合格酒精密度范围及便于观察设定 A、B 间长度不少于 4mm 计算得出）
部件组成：标度杆、浮子、配重
三、项目实施
1. 材料选择：圆珠笔芯、泡沫塑料球、细铜丝、红色胶布、刻度尺
2. 制作步骤：
组装初步密度计
水中调节配重
标准酒精中标记并贴胶布
四、展示交流
1. 展示作品
2. 测量酒精密度
3. 误差分析