初中物理人教版（2024）八年級下冊（2024）第十章 浮力第4節(jié) 跨學科實踐：制作微型密度計教案及反思

這是一份初中物理人教版（2024）八年級下冊（2024）第十章 浮力第4節(jié) 跨學科實踐：制作微型密度計教案及反思，共16頁。教案主要包含了項目提出，項目分析，項目實施，展示交流等內(nèi)容，歡迎下載使用。
教材分析
1. 地位與作用：
本節(jié)內(nèi)容是人教版初中物理八年級下冊第十章《浮力》的第 4 節(jié)，是在學生學習了浮力、阿基米德原理等知識后的跨學科實踐活動。
它不僅是對前面知識的綜合應用，更是培養(yǎng)學生動手能力、創(chuàng)新思維以及跨學科綜合素養(yǎng)的重要載體，讓學生體會物理知識與實際生活的緊密聯(lián)系，提高學生解決實際問題的能力。
2. 內(nèi)容結(jié)構(gòu)：
從項目提出入手，引出制作能放入小瓶中判斷酒精是否合格的微型密度計這一任務。
接著進行項目分析，深入探討設計微型密度計需考慮的因素，如質(zhì)量、標度桿直徑等，為制作提供理論依據(jù)。
然后是項目實施，詳細闡述制作的步驟和方法。
最后通過展示交流環(huán)節(jié)，讓學生分享成果、分析誤差，深化對知識的理解和應用。
學情分析
1. 知識基礎(chǔ)：
學生已學習了密度、浮力、阿基米德原理等知識，對物體的浮沉條件有了一定的認識，這為理解密度計的工作原理和制作微型密度計奠定了理論基礎(chǔ)。
但學生對這些知識的綜合應用能力還有待提高，需要通過實踐活動來強化。
2. 能力水平：
八年級學生具有較強的好奇心和動手欲望，具備一定的動手操作能力和團隊協(xié)作能力。
然而，他們在實驗設計、數(shù)據(jù)分析以及解決實際問題時，可能會遇到困難，需要教師的引導和幫助。
3. 認知特點：
此階段的學生正從形象思維向抽象思維過渡，對直觀、生動的實驗活動更感興趣。
在教學中，應多采用實驗、實例等方式，幫助學生理解抽象的物理概念和原理。
教學目標
1. 物理觀念：
深入理解密度的概念和測量方法，明確密度計測量液體密度的原理是利用物體的漂浮條件，即浮力等于重力。
掌握浮力的計算公式及應用，能運用阿基米德原理分析密度計在不同液體中的受力情況。
2. 科學思維：
通過設計和制作微型密度計，學會運用物理知識進行分析、推理和估算，培養(yǎng)邏輯思維能力。
能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)和現(xiàn)象進行分析、歸納，得出合理的結(jié)論，提高科學思維能力。
3. 科學探究：
經(jīng)歷制作微型密度計的全過程，體驗科學探究的一般步驟，包括提出問題、作出假設、設計實驗、進行實驗、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評價等。
學會根據(jù)實驗目的和要求，選擇合適的實驗器材和實驗方法，提高實驗操作能力和科學探究能力。
4. 科學態(tài)度與責任：
培養(yǎng)嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度，在實驗過程中，認真測量、記錄數(shù)據(jù)，尊重實驗事實。
增強團隊合作意識，學會與他人交流、合作，共同完成實驗任務。
體會物理知識在實際生活中的應用價值，培養(yǎng)運用物理知識解決實際問題的責任感。
教學重難點
1. 教學重點：
掌握制作微型密度計的方法和步驟，包括選擇合適的材料、設計合理的結(jié)構(gòu)、進行精確的制作等。
學會使用微型密度計測量液體密度，理解測量原理和操作要點。
2. 教學難點：
理解密度計刻度的原理，即根據(jù)物體漂浮時浮力等于重力，結(jié)合阿基米德原理，推導出密度計刻度與液體密度的關(guān)系。
提高微型密度計的測量精度，分析并減小實驗誤差，如材料選擇、制作工藝、測量方法等因素對精度的影響。
教學策略
1. 講授法：講解密度計的工作原理、制作原理以及相關(guān)的物理知識，使學生對教學內(nèi)容有初步的理性認識。
2. 實驗法：學生通過動手制作微型密度計，親身體驗實驗過程，培養(yǎng)動手能力和實踐操作能力。
3. 討論法：組織學生討論設計微型密度計時需要考慮的因素、實驗過程中遇到的問題及解決方法等，激發(fā)學生的思維，促進學生之間的交流與合作。
4. 小組合作法：將學生分成小組進行實驗，培養(yǎng)學生的團隊合作精神和溝通能力，讓學生在合作中相互學習、共同進步。
教學過程
教學環(huán)節(jié)
教師活動
學生活動
設計意圖
引入新課
播放一段工業(yè)生產(chǎn)中利用密度計測量液體密度的視頻，提問：“在視頻中，我們看到了密度計在工業(yè)生產(chǎn)中的重要應用，那大家想不想自己動手制作一個微型的密度計呢？”
認真觀看視頻，思考老師提出的問題，對制作微型密度計產(chǎn)生興趣。
通過視頻展示，激發(fā)學生的學習興趣和探究欲望，引出本節(jié)課的主題 —— 制作微型密度計。
項目提出
展示小瓶酒精，講解：“消毒酒精的密度約為 0.87×103 kg/m3 ，用密度計測量酒精的密度，可以初步判斷酒精是否合格。但常用的密度計體積較大，很難放入小瓶酒精中進行測量。所以，我們今天的任務就是設計制作一個微型密度計，放入小瓶中，方便、快速地判斷酒精是否合格?！?br>認真聆聽，明確本節(jié)課的任務是制作能放入小瓶中判斷酒精是否合格的微型密度計。
明確任務，讓學生清楚本節(jié)課的學習目標，增強學習的針對性。
項目分析
1. 提問：“要制作一個能滿足要求的微型密度計，我們需要考慮哪些因素呢？先想一想密度計的工作原理是什么？” 引導學生回顧物體的漂浮條件和阿基米德原理。
2. 講解：密度計是利用物體漂浮在液面上時，浮力等于重力的原理工作的。根據(jù)阿基米德原理 F 浮 = ρ 液 gV 排 ，在重力不變的情況下，液體密度不同，排開液體的體積就不同。
3. 提問：“那么設計的微型密度計應滿足哪些具體要求呢？”
4. 引導學生討論并總結(jié)：密度計要能夠豎直地漂浮在酒精中，能通過刻度 (或標記) 直接讀出酒精的密度是否合格；做好的密度計放入小瓶后，不能觸碰到瓶底，也不能使小瓶中的酒精溢出；為了能判斷酒精密度的變化，即密度計放入酒精中后有較為明顯的位置變化，需要著重考慮密度計的質(zhì)量和標度桿的直徑這兩個因素。
5. 提問：“密度計的質(zhì)量大約為多大合適呢？”
6. 講解：對于 100 mL 的小瓶酒精來說，若微型密度計測量時排開 1 2 mL 的酒精，一般不會導致酒精的溢出。已知酒精的密度 ρ = 0.87×103 kg/m3 ，根據(jù) m = ρV ，可算出 1 2 mL 酒精的質(zhì)量為 1 g 左右，所以我們設計的微型密度計的質(zhì)量也應為 1 g 左右。
7. 提問：“那密度計的標度桿直徑如何確定呢？”
8. 結(jié)合圖片講解：消毒酒精的密度為 0.86×103 0.88×103 kg/m3 是合格的。若密度計漂浮在密度為 0.86×103 0.88×103 kg/m3 的酒精中，標度桿上的標記應該是一個范圍，在范圍內(nèi)的酒精都是合格的。為了便于觀察，設定 A、B 間的長度不少于 4 mm。根據(jù)圓柱體的體積公式 V = Sh（S 為橫截面積，h 為高），由 V 排的變化量和 h（A、B 間長度）可計算出標度桿的橫截面積約為 0.07 cm2 ，再根據(jù)圓的面積公式 S = πr2 ，可算出直徑約為 3 mm。
9. 提問：“密度計包含哪些必要的部件呢？”
10. 引導學生討論并總結(jié)：為了使微型密度計能在酒精中豎直漂浮，需要在標度桿下部增加配重 (如繞一些銅絲)，但繞銅絲后的標度桿放在酒精中會下沉，因此還要在標度桿上固定一個浮子來增大浮力。這樣，微型密度計由標度桿、浮子和配重三部分組成，配重位于最下方，浮子位于上方。
1. 思考老師提出的問題，回顧物體漂浮條件和阿基米德原理，回答密度計的工作原理。
2. 認真聆聽老師講解，理解密度計的工作原理與阿基米德原理的關(guān)系。
3. 積極參與討論，思考并回答設計微型密度計應滿足的要求。
4. 認真聆聽老師對密度計質(zhì)量和標度桿直徑確定方法的講解，理解其中的物理原理和計算過程。
5. 思考并回答密度計包含的部件，理解各部件的作用。
1. 通過提問引導學生回顧已學知識，為理解密度計的工作原理和制作原理奠定基礎(chǔ)。
2. 詳細講解密度計的工作原理和制作需要考慮的因素，培養(yǎng)學生的分析和推理能力，讓學生明白制作微型密度計的理論依據(jù)。
3. 組織學生討論，激發(fā)學生的思維，提高學生的參與度，培養(yǎng)學生的團隊合作精神和語言表達能力。
項目實施 制作材料選擇
1. 展示制作微型密度計的材料：小泡沫塑料球、圓珠筆芯、細銅絲、紅色膠布、刻度尺等。
2. 介紹各材料的作用：用圓珠筆芯 (直徑約為 3 mm) 作為標度桿，方便標注刻度；筆芯中部套一個直徑約 1.2 cm 的泡沫塑料球作為浮子，增大浮力；下端繞的細銅絲作為配重，降低重心使密度計能豎直漂??；紅色膠布用于標記合格酒精密度對應的位置；刻度尺用于測量和標注。
觀察老師展示的材料，聆聽老師對各材料作用的介紹，了解材料的選擇依據(jù)。
讓學生了解制作微型密度計所需的材料及各材料的作用，為后續(xù)制作做好準備。
項目實施 制作過程
1. 示范制作過程：
用圓珠筆芯作為標度桿，將筆芯中部套上泡沫塑料球作為浮子，下端開始繞細銅絲作為配重，初步做成一個密度計。
把這個密度計漂浮在水中調(diào)節(jié)配重，改變細銅絲的長度，使密度計在水中漂浮時浮子浸沒在水中，水面上方露出一截筆芯。
把調(diào)好配重的微型密度計放入標準消毒酒精中，待微型密度計靜止時，依據(jù)液面的位置在標度桿上做一個記號。最后，用 4 mm 寬的紅色膠布中心對著記號貼在筆芯上，微型密度計就做好了。
2. 強調(diào)注意事項：繞銅絲時要緊密纏繞，確保配重穩(wěn)定；調(diào)節(jié)配重時要耐心細致，觀察密度計在水中的漂浮狀態(tài)；標記液面位置時要準確。
3. 組織學生分組制作：將學生分成小組，每組 4 5 人，明確小組分工，如材料準備、制作操作、數(shù)據(jù)記錄等。
4. 巡視指導：在學生制作過程中，教師巡視各小組，及時發(fā)現(xiàn)問題并給予指導，如密度計不能豎直漂浮、配重不合適等問題。
1. 認真觀看老師的示范制作過程，學習制作方法和步驟。
2. 聆聽老師強調(diào)的注意事項，牢記制作過程中的要點。
3. 小組內(nèi)分工合作，按照老師的示范和要求進行制作，在制作過程中積極交流，共同解決遇到的問題。
1. 通過教師示范，讓學生直觀地學習制作微型密度計的方法和步驟，降低制作難度。
2. 強調(diào)注意事項，培養(yǎng)學生嚴謹認真的科學態(tài)度，減少制作過程中的失誤。
3. 組織小組合作制作，培養(yǎng)學生的團隊合作精神和動手能力，讓學生在實踐中深化對知識的理解和應用。
展示交流
1. 組織各小組展示制作的微型密度計：邀請各小組代表上臺展示他們制作的微型密度計，并介紹制作過程中的經(jīng)驗和遇到的問題以及解決方法。
2. 提供若干瓶密度不同的酒精：讓學生用自制的微型密度計測量這些酒精，判斷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. 引導學生分析誤差：提問：“在測量過程中，大家覺得可能是什么原因?qū)е聹y量結(jié)果存在誤差呢？” 引導學生從材料選擇、制作工藝、測量方法等方面進行分析。
4. 組織學生分享體會：組織學生分享在整個制作和測量過程中的體會和收獲，如對物理知識的理解、團隊合作的感受等。
1. 小組代表上臺展示微型密度計，介紹制作經(jīng)驗、問題及解決方法，其他小組成員認真聆聽，學習借鑒。
2. 用自制的微型密度計測量不同酒精的密度，判斷酒精是否合格，并記錄測量結(jié)果。
3. 思考老師提出的問題，從材料、制作、測量等方面分析誤差產(chǎn)生的原因，如銅絲纏繞不均勻、標度桿刻度不準確、測量時密度計未完全豎直等。
4. 積極分享自己在制作和測量過程中的體會和收獲，如對浮力和密度知識的理解更深刻了，團隊合作中學會了溝通和協(xié)作等。
1. 通過展示交流，讓學生相互學習，拓寬思路，提高學生的表達能力和自信心。
2. 讓學生實際測量酒精密度，檢驗制作的微型密度計的實用性，加深對密度計工作原理的理解。
3. 引導學生分析誤差，培養(yǎng)學生的科學思維和反思能力，讓學生學會從實踐中總結(jié)經(jīng)驗教訓。
4. 組織學生分享體會，促進學生對知識和技能的內(nèi)化，培養(yǎng)學生的總結(jié)歸納能力和情感態(tài)度價值觀。
課堂總結(jié)
1. 引導學生回顧：“同學們，我們一起來回顧一下今天這節(jié)課的主要內(nèi)容。首先我們提出了制作微型密度計的任務，然后分析了制作需要考慮的因素，接著大家動手制作了微型密度計，最后進行了展示交流和誤差分析。誰能具體說一說制作微型密度計需要考慮哪些因素呢？”
2. 總結(jié)強調(diào)：總結(jié)制作微型密度計的關(guān)鍵知識點，包括密度計的工作原理、制作方法、刻度原理以及提高測量精度的方法等，強調(diào)物理知識與實際應用的緊密聯(lián)系，鼓勵學生在今后的學習和生活中，多運用物理知識解決實際問題。
1. 跟隨老師的引導，回顧本節(jié)課的內(nèi)容，積極回答老師的問題，如制作微型密度計需要考慮密度計的質(zhì)量、標度桿的直徑、部件組成等因素。
2. 認真聆聽老師的總結(jié)，加深對本節(jié)課重點知識的理解，認識到物理知識在實際生活中的重要性。
1. 通過回顧總結(jié)，幫助學生梳理本節(jié)課的知識框架，強化重點知識，加深記憶。
2. 強調(diào)物理知識與實際應用的聯(lián)系，激發(fā)學生學習物理的興趣和動力，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的意識和能力。
板書設計
第 4 節(jié) 跨學科實踐：制作微型密度計
一、項目提出
制作微型密度計判斷酒精是否合格
二、項目分析
1. 工作原理：物體漂浮時，F(xiàn) 浮 = G 物 ，F(xiàn) 浮 = ρ 液 gV 排
2. 設計要求：豎直漂浮、不觸底不溢出、明顯位置變化
3. 考慮因素：
質(zhì)量：約 1g（對于 100mL 小瓶酒精，排開 1 2mL 酒精質(zhì)量約 1g）
標度桿直徑：約 3mm（根據(jù)合格酒精密度范圍及便于觀察設定 A、B 間長度不少于 4mm 計算得出）
部件組成：標度桿、浮子、配重
三、項目實施
1. 材料選擇：圓珠筆芯、泡沫塑料球、細銅絲、紅色膠布、刻度尺
2. 制作步驟：
組裝初步密度計
水中調(diào)節(jié)配重
標準酒精中標記并貼膠布
四、展示交流
1. 展示作品
2. 測量酒精密度
3. 誤差分析