簡(jiǎn)易密度計(jì)的制作

陳治國(guó) 張 軍 張家華

(1. 江蘇省大港中學(xué),江蘇 鎮(zhèn)江 212028；2. 江蘇省鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)教師發(fā)展中心,江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

1 引言

蘇科版初中物理教材第十章《壓強(qiáng)與浮力》安排了“制作簡(jiǎn)易密度計(jì)”的綜合實(shí)踐活動(dòng),學(xué)生在制作時(shí)遇到了以下困難：(1) 吸管封口操作較難；(2) 配重較輕時(shí)密度計(jì)無(wú)法豎直漂浮，配重較重時(shí)密度計(jì)則會(huì)沉到底；(3) 由于吸管長(zhǎng)度和粗細(xì)的限制，所能標(biāo)注的刻度線較少，導(dǎo)致密度計(jì)測(cè)量范圍較小、測(cè)量精度較差。筆者在教學(xué)中改進(jìn)了密度計(jì)的制作方案,該方案操作簡(jiǎn)便,刻度標(biāo)注方便、測(cè)量范圍較大、精度較高。

2 制作原理及教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

2.1 制作原理

圖1

2.2 教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

蘇科版初中物理教材建議用吸管制作簡(jiǎn)易密度計(jì)，在制作過(guò)程中學(xué)生遇到了以下困難:(1) 吸管底部的密封較為困難,用橡皮泥封口的效果較差,用熔化的石蠟封口則操作麻煩,反復(fù)使用還會(huì)出現(xiàn)封口破損的情況；(2) 配重不易控制,若配重較輕,吸管在水中無(wú)法豎直漂浮,或者吸管在水中能豎直漂浮，但放到鹽水中時(shí)不能豎直漂浮。若配重太大,吸管可能會(huì)沉到底部,或者吸管在水中能豎直漂浮,但放到酒精中時(shí)又會(huì)沉到底部。導(dǎo)致學(xué)生需反復(fù)調(diào)節(jié)配重,實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng),有的小組在有限的時(shí)間內(nèi)不能制作成功。(3) 在吸管上可以標(biāo)注刻度的長(zhǎng)度有限,測(cè)量范圍較小,特別是一些所用配重較大的吸管,露出液面部分太短,導(dǎo)致不能有效測(cè)量未知液體(如酒精、醬油)的密度。

3 制作方法的改進(jìn)

3.1 主要器材與制作方法

如圖2所示,取直徑為40mm、高30cm的平底玻璃管,在玻璃管底部用熱熔膠粘上直徑為40mm、厚度為5mm的圓形磁鐵,再準(zhǔn)備3片相同的磁鐵備用。在直徑為10cm、高為30cm的盛液筒中加入適量的水,再準(zhǔn)備一張打印好刻度線的A4紙以備標(biāo)注密度。

圖2

3.2 制作原理

圖3

表1

在白紙上相應(yīng)位置標(biāo)注出密度數(shù)值,將紙卷起來(lái)放入試管中,就可以制成簡(jiǎn)易密度計(jì)了(圖4)。

圖4

4 改進(jìn)方案的優(yōu)點(diǎn)

4.1 制作簡(jiǎn)便，過(guò)程可控

教材提供的方案是用吸管制作簡(jiǎn)易密度計(jì),學(xué)生需要反復(fù)調(diào)試封口和配重，制作時(shí)間長(zhǎng),且易失敗,特別容易沉底,從而影響制作熱情，容易產(chǎn)生挫敗感。在本裝置中改變配重易操作,用3塊或4塊磁鐵作為配重,數(shù)據(jù)可控,便于不同小組比較交流。

4.2 刻度清晰,測(cè)量范圍大,測(cè)量精度高

因?yàn)椴ＡЧ軝M截面積大、長(zhǎng)度長(zhǎng),在玻璃管中卷入A4紙使得刻度清晰、測(cè)量范圍大,可以用自制簡(jiǎn)易密度計(jì)直接測(cè)量密度為0.8g/cm3的酒精和密度為1.3g/cm3的醬油的密度，以檢驗(yàn)自制密度計(jì)的準(zhǔn)確性,體驗(yàn)物理與生活的緊密聯(lián)系。

4.3 器材的選擇多樣

在簡(jiǎn)易密度計(jì)的制作過(guò)程可引導(dǎo)學(xué)生想到：只要選取一段有規(guī)則柱形的物體,如筷子、空?qǐng)A珠筆筒、吸管等，再加上配重就可以用同樣的原理和方法制作密度計(jì)(如圖5、圖6)，幫助學(xué)生理解密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖5

圖6

4.1 拓展學(xué)生的思維

標(biāo)定刻度的方法從本質(zhì)上是對(duì)漂浮時(shí)二力平衡條件和阿基米德原理的應(yīng)用,通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)定標(biāo)方法的理解、思考,使學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì),提升其思維品質(zhì),把對(duì)本實(shí)驗(yàn)玻璃管密度計(jì)的定標(biāo)方法推廣應(yīng)用到其他材料(如筷子、吸管等)密度計(jì)的制作過(guò)程中,進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)漂浮原理的理解。

5 結(jié)語(yǔ)

用吸管做簡(jiǎn)易密度計(jì)看似簡(jiǎn)單,實(shí)際操作困難、時(shí)間長(zhǎng)、易失敗,而本方案操作簡(jiǎn)便、便于比較,能夠在一節(jié)課的課堂時(shí)間內(nèi)完成密度計(jì)原理及制作的教學(xué)內(nèi)容，而且還可以根據(jù)學(xué)生的能力水平作進(jìn)一步的拓展研究。本設(shè)計(jì)著眼于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),化難為易,可激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的興趣,讓學(xué)生感受到創(chuàng)新、發(fā)明離我們其實(shí)并不遠(yuǎn),只要善于思考,我們也行!