初中物理人教版八年级上册第4节 密度与社会生活导学案

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【学习目标】
1. 知道密度与温度的关系，并能解释简单的与社会生活相关的密度问题。
2. 通过分析实例，理解密度是物质的一种特性，能运用密度知识鉴别物质。
3. 通过学习密度知识的应用，认识到物理理论在解决实际问题中的重要作用。
【学习重点】
1．密度与温度的关系；
2．应用密度鉴别物质。
【学习难点】
水的反常膨胀现象；温度为4℃时，水的密度最大。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1. 密度与温度的关系：
物体通常具有热胀冷缩的性质，即温度升高时，体积变大；温度降低时，体积变小。因为质量不变，根据密度公式ρ=m/V可知，温度升高时，物质的密度会变小，温度降低时，物质的密度会变大。气体（选填“气体”、“液体”或“固体”）的密度受温度的影响最大。
风的形成是由于空气受热膨胀体积变大，使密度变小从而上升，热空气上升后，温度低的冷空气从四面八方流过来形成的。
2. 水的反常膨胀：下图是“一定质量的水的体积随温度变化关系”的图像。由图可知，温度为4℃ 时水的体积最小，高于4℃时，水跟其他的物体一样，是 热胀冷缩 ；在0～4℃之间，水却是 热缩冷胀（反常膨胀）。因此，一定质量的4℃的水，无论是温度升高或降低，体积都变 大 ，根据ρ=m/V可知：密度都变 小 ，所以温度为4℃时水的密度最 大 。

3. 可以通过测量密度的方法来鉴别物质。因为密度是物质的特性，不同的物质密度一般不同，其基本方法是：先求出该物质的密度数值，再查密度表确定属于哪种物质；这种鉴别方法不是（选填“是”或“不是”）绝对可靠的。
【合作探究】
探究一、密度与温度
1.密度与温度
【做一做】①在室温下，用绷紧的橡皮膜,把一个空锥形瓶口封上，然后把瓶子放入热水中，橡皮膜会凸起来。过一会，再把瓶子放入冰水中，观察橡皮膜的变化。
现象：把锥形瓶放在冰水后，瓶口的橡皮膜会向下凹。


【分析】锥形瓶放入热水中时，瓶内的空气受热膨胀，温度升高，体积变大，所以，橡皮膜会向上凸起；放入冰水中时，瓶内空气温度降低，遇冷收缩，体积变小，致使橡皮膜凹进去(均选填“不变”“变大”或“变小”) 。
【想一想】瓶内空气的密度变化吗？
【分析】因为瓶内被封闭的空气的质量不变 ，根据密度公式ρ=m/V可知，温度升高，体积变大时，空气密度变小；温度降低时，体积变小，密度变大(均选填“不变”“变大”或“变小”) 。
【想想做做】②如图1所示，做一个纸风车。如果把风车放在点燃的酒精灯上方，风车能转动起来。
观察并思考：你知道是什么推动了风车吗？
【分析】这是因为酒精灯的火焰使附近空气的温度升高，体积变大（膨胀），空气的密度变小，所以热空气上升(选填“上升”或“下降”)形成气流，气流流过风车时，带动风车转起来。
图1 纸风车 图2 风的形成
【想一想】自然界中的风是如何形成的？
【归纳】风就是空气的流动。风的形成是温度引起空气的热胀冷缩所致。气体受热膨胀，体积变大，根据密度公式ρ=m/V 可知密度变小，所以气体密度变小会上升。热空气上升后，温度低的冷空气就从四面八方流过来，从而形成风。地面附近的风总是从低温地区吹向高温地区。
【总结】密度与温度的关系：
温度能改变物质的密度。一般物质具有热胀冷缩的性质，温度升高时物质的体积增大，所以密度会减小。气体的密度随温度变化非常明显，固体和液体的密度受温度变化的影响较小.
2. 水的反常膨胀现象
【想想议议】如图3所示，是科研人员通过探究“一定质量的水的体积随温度变化的关系”做出的图像。
分析图象，回答以下问题：
图象中AB段反映的物理规律是什么？ BC段反映的物理规律是什么？
【分析】图象中AB段反映的物理规律是：水温低于4℃时，水温升高，体积减小。
BC段反映的物理规律：水温高于4℃时，水温升高，体积增大。
【总结】水的热膨胀特点：
4℃以上的水是热胀冷缩，而0℃～4℃的水是热缩冷胀，物理上把这种现象称为反常膨胀。
图3 水的体积—温度图像 图4 水的密度—温度图像
3. 水的密度与温度的关系
【推导】根据ρ=m/V可知：水的质量不变，在温度4℃时，体积V最小，所以密度ρ最大。
温度高于4℃时，随着水温的升高，水的体积变大，密度越来越小；
温度低于4℃时，随着温度的降低，水的密度也越来越小。（如图4所示）
4. 与水的反常膨胀有关的现象
①水在4℃时的密度最大，是下沉到水底的。如图5所示：水的反常膨胀使得水从上到下结冰。在寒冷的冬天，水凝固成冰时，体积变大，密度变小，浮于水面 上方。所以在寒冷的冬天，湖面冰封了，但较深湖底的水却有可能保持4℃的水温，鱼儿仍可以自由自在地游动。
图5 图6 温度为4℃时饮料容器最安全

②各种饮料都含有水分，由于水在4℃时的密度最大，体积最小，所以储存或运输在温度为4℃时是最安全的。
【想想议议】在北方的冬天，对自来水管的保护十分重要。如果保护不好，使水管里的水结了冰，不仅影响正常生活用水，还会把水管冻裂（图7），造成送水设备的损坏。水管为什么会被冻裂？
【推导】设水的体积为V水，结冰后，冰的体积V冰。
因为质量不变，m冰= m水，即ρ冰V冰= ρ水V水
又因为ρ冰＜ ρ水 ， 所以V冰＞V水，即一定质量的水结成冰后体积增大。
结论：一定质量的水结成冰后体积增大，把水管胀裂了。

图7 图8

【例题1】如图8所示是水的密度随温度变化的关系图，由图中的关系不能得出的结论是（ ）
A．水在4℃时密度最大
B．水在0～4℃，随着温度的降低，密度越来越小
C．水在4～8℃，随着温度的升高，密度越来越小
D．水凝固成冰时体积会变大
【答案】D。
【解析】由水的密度随温度变化的关系图，可得出结论：水在4℃时密度最大；水在0～4℃，随着温度的降低，密度变小；水在4～8℃，随着温度的升高，密度变小。不能得出水凝固成冰时体积会变大的结论。所以选项ABC都正确，选项D错误。
探究二：密度与物质鉴别
1. 根据密度鉴别物质
【想一想】如何鉴别一枚金牌是不是用纯金做成的?
【分析】物质的密度是物质的特性，同种物质密度是相同的，不同物质的密度一般是不同的。只要测出了金牌的密度，再与密度表中金的密度进行比较，如果计算值和理论值吻合，材料可能为真，不吻合则说明材料有假。
【想想议议】如何测金牌的密度?
【分析】测金牌的密度时,可用天平测质量,借助于溢水杯和量筒、利用排水法测量体积，根据密度公式计算出密度.
【例题2】某运动员获得了一枚金牌，为了鉴别金牌是否是纯金制成的，他测出了金牌的质量为12.5 g，体积为0.75 cm3，问金牌是否是纯金制成的？(金的密度ρ金＝19.3g/cm3)
【解析】此“金牌”的密度为 ρ=m/V ＝125g/10.5cm3 ＝11.9g/cm3 <ρ金。
所以不是纯金制成的．
【想想议议】用密度鉴别金牌，这种鉴别方法是不是绝对可靠？为什么？
【分析】从前面的密度表可知，一些不同物质的密度是相同的。例如酒精和煤油都是液体，它们的密度都0.8×103㎏/m3，所以这种鉴别方法不是（选填“是”或“不是”）绝对可靠的。
通过对两者气味的判断，在知道密度的基础上可以鉴别出酒精和煤油。一些混合物的密度和一些物质的密度相等。要准确的鉴别物质，既要看密度，还要看颜色、气味、硬度等。
2. 密度知识在社会生活中的一些应用
密度是物质的基本特征之一，每一种物质都有自己的密度，密度在社会生活中的一些应用事例：
（1）商业中鉴别牛奶的质量、酒的品质等
标准牛奶的密度是1015～1040 kg/m3 ±0.3 kg/m3，大于水的密度，若测出牛奶的密度不在规定的标准范围，表明不合格（选填“合格”或“不合格”）。
（2）根据需求来选择密度合适的材料
根据m=ρV可知，在体积相同时，密度越小，质量越 小 ，密度越大，质量越 大 （选填“小”或“大”）。
【想一想】①交通工具、航空器材中，为什么常采用高强度、低密度的合金、玻璃钢等复合材料？
【分析】在交通工具、航空器材中，常采用高强度、低密度的合金、玻璃钢等复合材料，根据m=ρV可知，可以减小自身的质量。
图7飞机采用高强度、低密度的合金材料 图8 压路机的滚筒
【想一想】②机器底座、压路机的滚筒都比较重，常常选用密度大的材料来制作，这是为什么？
【分析】 机器底座的作用是为了增加稳度，压路机的滚筒是对路面的压力大。这些情况下，要求它们的质量大一些，根据m=ρV，所以人们就常常选用密度大的材料来制作。
③在产品包装中，常采用密度小的泡沫塑料作填充物，减小质量，同时起到防震作用，便于运输，价格低廉。
【例题3】如图所示是我国自行研制的C919大型喷气客机。工程师将一质量是将一质量是7.9kg钢制零件改用等体积的第三代铝锂合金替换，该零件的体积是______m3，用铝锂合合制成的新零件质量为_____kg。可见，用第三代铝锂合金替换钢制零件可以减小自身的 。（钢的密度为7.9×103kg/m3，铝锂合金的密度为2.4×103kg/m3）

【答案】1×10-3；2.4；质量。
【解析】该零件的体积是 V＝ EQ \F(m, ρ) = EQ \F(7.9kg, 7.9×103kg/m3) =1×10-3 m3
锂合合制成的新零件质量为m=ρV ＝2.4×103kg/m3×10-3m3 ＝2.4kg
用第三代铝锂合金替换钢制零件可以减小自身的质量。
【精讲点拨】
1．温度能够改变物质的密度。一般来说，物质温度越高密度越小，遵从热胀冷缩的规律，但是0℃～4℃的水是反常膨胀，水从0℃升高到4℃的过程中，体积减小，密度增大。水从4℃升到100℃的过程中正常膨胀，体积变大，密度变小。水在4℃时的密度是最大的。
2．利用密度这一重要属性，可以鉴别物质，但是要准确地鉴别物质，常常需要多种方法并用．
【归纳整理】
密度与社会生活
①水的膨胀规律：4℃以上的水是热胀冷缩，而0℃～ 4℃的水是热缩冷胀，这种现象称为反常膨胀。
②水的反常膨胀：4℃水的密度最大。
水的反
常膨胀
密度在社会
生活中的应用
①利用密度可以鉴别物质；
②根据需求来选择密度合适的材料。
①一定质量的气体，当温度升高时，体积膨胀，密度变小；气体热胀冷缩最为显著，其密度受温度的影响最大。
②固体、液体的热胀冷缩不像气体那样明显，因而密度受温度的影响比较小。
密度与
温度关系
【课堂练习】
1. 如图1所示，做一个纸风车，如果把风车放在点燃的酒精灯上方，风车能转动起来。这是因为一定质量的气体受热膨胀后，密度____（选填“变小”、“变大”、“不变”）而上升，热空气上升后，冷空气就从四面八方流过来，从而形成风。
根据气体这个特点，则安装暖气时应该靠近______（选填“地面”或“天花板”）。医院监护室内配有充满氧气的钢瓶，其密度为5kg/m3，若某次抢救病人时用去瓶内的一半的氧气，则瓶内剩余氧气的密度为_______kg/m3。
【答案】变小，地面，2.5。
【解析】钢瓶用去瓶内的一半的氧气，体积不变，质量是原来的一半，根据ρ=m/V可知：剩余氧气的密度是原来的一半，为2.5kg/m3。
图1 图2
2．如图2所示，有一枚2022年北京冬奥会纪念币，小明测量出它的质量为150g，体积为17cm3，试判断这枚纪念币是不是金制作的？（已知金的密度为19.3g/cm3）
【答案】不是金制作的。
【解析】纪念币的密度ρ=m/V ＝150g/17cm3 ＝8.8g/cm3 <ρ金。
ρ纪念币 ＜ρ金 =19.3g/cm3
所以这枚纪念币不是纯金制作的。
3．严寒的冬天，室外的自来水管常会被冻裂，原因是（ ）
A．水结成冰以后密度变大 B．水结成冰以后体积变大
C．水结成冰以后质量变大 D．水管本身耐寒程度不够
【答案】B.
【解析】严寒的冬天，室外的自来水管常会被冻裂，原因是水结冰后，质量不变，m冰= m水，
即ρ冰V冰= ρ水V水
因为ρ冰＜ ρ水 ， 所以V冰＞V水，即密度变小，体积变大。所以选B。
4. 社会生活中密度用途很广，下列说法正确的是（ ）
A．拍摄影视剧中房屋倒塌砸伤人的镜头时，常选用密度很小的泡沫塑料做道具。
B．一杯牛奶喝掉一半后，质量变小，密度变小
C．冬天户外的水管容易冻裂，是由于水结冰后密度变大
D．小兰估测教室空气的质量，大约是25kg（空气密度约为1.29kg/m3）
【答案】A。
【解析】A．拍摄影视剧中房屋倒塌砸伤人的镜头时，常选用密度很小的泡沫塑料做道具；该选项正确.
B．一杯牛奶喝掉一半后，质量变小，密度不变；该选项错误.
C．冬天户外的水管容易冻裂，是由于水结冰后密度变小，体积变大，该选项错误.
D．先估算教室的体积约为V=10m×7m×4m=280m3
空气的密度为1.29kg/m3，近似取1千克/m3
由公式ρ=m/V 得教室空气的质量m=ρV＝1kg/m3×280m3=280kg
所以小兰估测教室空气的质量，大约是25kg是错误的.
所以选A。
5．室内火灾发生时，受困人员应采取弯腰甚至匍匐的姿势撤离，以尽量减少有害气体的吸入。这是因为燃烧产生的有害气体（ ）
A．温度较低，密度较大 B．温度较低，密度较小
C．温度较高，密度较大 D．温度较高，密度较小
【答案】D。
【解析】室内火灾发生时，温度较高，室内有毒气体体积膨胀，密度减小，有毒气体漂浮在房间的上方。所以，为有效避免吸入有害气体或被灼伤，受困人员应采取弯腰甚至匍匐的姿势撤离火场。
所以答案D正确。
6. 密度是物质的重要特性，利用密度可以鉴别物质，但对物质的鉴别，我们还可以应用其他科学知识，做进一步的鉴定。从密度表上我们知道，一些不同物质的密度是相同的。例如，酒精和煤油都是液体，它们的密度都是0.8×103kg/m3。下列关于鉴别物质的方法中不正确的是（ ）
A．通过它们的气味不同鉴别
B．通过它们的颜色、透明度鉴别
C．通过它们能否燃烧、硬度等性质的差异鉴别
D．通过它们的质量大小鉴别
【答案】D。
【解析】通过物质的气味不同；通过它们的颜色、透明度；通过它们能否燃烧、硬度等性质的差异都可以鉴别物质。
通过它们的质量大小不能鉴别，所以选D.
7．在寒冷的冬天，裸露在室外的自来水管容易爆裂，其原因是水管中的水结冰时_____增大，把水管胀裂。事实表明，0～4℃的水“热缩冷胀”，高于4℃的水“热胀冷缩”，由此可知4℃水的______最大，所以封冻河面下较深河底的水温保持_______，冰层下接触冰的水温度是______℃。
【答案】 体积；密度；4；0。
【解析】0～4℃的水“热缩冷胀”，高于4℃的水“热胀冷缩”，由此可知4℃水的密度最大，封冻河面下较深河底的水温保持4℃ ，冰层下接触冰的水温是0℃。
第7题图 第8题图
8. 课外科技活动中，小丽等同学将一定质量的水放在一个加盖的量筒中，探究水的体积随温度变化的情况，根据实验数据画出体积V—温度t图像（如图所示），请根据图像中的信息回答问题。
①用简洁的语言描述“水的体积随温度变化的情况”，__________；
②在0℃～4℃间温度升高，水的密度_______，超过4℃之后，温度上升，水的密度_______（变大/变小/不变）；
③根据前面的探究可以发现，常用的液体温度计不用水为测温物质的原因是________________；
④小丽等同学在探究时，量筒里水的质量为______g．（4℃时水的密度为1.0×103kg/m3）
【答案】①先变小后变大；②变大，变小；③水在4℃以下出现反常膨胀现象；④104。
【解析】④4℃时水的体积104cm3，密度为1×103kg/m3
水的质量 m＝ρV＝1.0g/cm3×104cm3 ＝104g
9．在加油站加油时，合格汽油的密度应该为0.71×103 kg/m3，如果汽油的成分中含重油偏大，就是不合格产品，重油的密度大于汽油的密度，不合格的汽油的密度会偏大。有的加油站通常使用密度瓶来检验汽油的密度，如果密度瓶空瓶的质量为120 g，装满水后质量为320 g，若装满汽油质量为266 g，试判断该汽油是否合格？
【答案】汽油的密度0.73×103kg/m3 ，所以不合格。
【解析】（1）瓶中水的质量为：m水=320g-120g =200 g
瓶的容积为：V=mρ=200g1.0g/cm3 = 200c m3
（2）装满汽油，汽油质量 m油=266g-120g =146g，
（3）汽油的密度 ρ汽油＝m/V=146g/200cm3=0.73g/cm3=0.73×103kg/m3
ρ汽油＞0.71×103 kg/m3，所以不合格。
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
煤油密度
0.8×103kg/m3
酒精密度
0.8×103kg/m3