简易密度计的制作

陈治国 张 军 张家华

(1. 江苏省大港中学,江苏 镇江 212028；2. 江苏省镇江市丹徒区教师发展中心,江苏 镇江 212028)

1 引言

苏科版初中物理教材第十章《压强与浮力》安排了“制作简易密度计”的综合实践活动,学生在制作时遇到了以下困难：(1) 吸管封口操作较难；(2) 配重较轻时密度计无法竖直漂浮，配重较重时密度计则会沉到底；(3) 由于吸管长度和粗细的限制，所能标注的刻度线较少，导致密度计测量范围较小、测量精度较差。笔者在教学中改进了密度计的制作方案,该方案操作简便,刻度标注方便、测量范围较大、精度较高。

2 制作原理及教学中发现的问题

2.1 制作原理

图1

2.2 教学中发现的问题

苏科版初中物理教材建议用吸管制作简易密度计，在制作过程中学生遇到了以下困难:(1) 吸管底部的密封较为困难,用橡皮泥封口的效果较差,用熔化的石蜡封口则操作麻烦,反复使用还会出现封口破损的情况；(2) 配重不易控制,若配重较轻,吸管在水中无法竖直漂浮,或者吸管在水中能竖直漂浮，但放到盐水中时不能竖直漂浮。若配重太大,吸管可能会沉到底部,或者吸管在水中能竖直漂浮,但放到酒精中时又会沉到底部。导致学生需反复调节配重,实验耗时较长,有的小组在有限的时间内不能制作成功。(3) 在吸管上可以标注刻度的长度有限,测量范围较小,特别是一些所用配重较大的吸管,露出液面部分太短,导致不能有效测量未知液体(如酒精、酱油)的密度。

3 制作方法的改进

3.1 主要器材与制作方法

如图2所示,取直径为40mm、高30cm的平底玻璃管,在玻璃管底部用热熔胶粘上直径为40mm、厚度为5mm的圆形磁铁,再准备3片相同的磁铁备用。在直径为10cm、高为30cm的盛液筒中加入适量的水,再准备一张打印好刻度线的A4纸以备标注密度。

图2

3.2 制作原理

图3

表1

在白纸上相应位置标注出密度数值,将纸卷起来放入试管中,就可以制成简易密度计了(图4)。

图4

4 改进方案的优点

4.1 制作简便，过程可控

教材提供的方案是用吸管制作简易密度计,学生需要反复调试封口和配重，制作时间长,且易失败,特别容易沉底,从而影响制作热情，容易产生挫败感。在本装置中改变配重易操作,用3块或4块磁铁作为配重,数据可控,便于不同小组比较交流。

4.2 刻度清晰,测量范围大,测量精度高

因为玻璃管横截面积大、长度长,在玻璃管中卷入A4纸使得刻度清晰、测量范围大,可以用自制简易密度计直接测量密度为0.8g/cm3的酒精和密度为1.3g/cm3的酱油的密度，以检验自制密度计的准确性,体验物理与生活的紧密联系。

4.3 器材的选择多样

在简易密度计的制作过程可引导学生想到：只要选取一段有规则柱形的物体,如筷子、空圆珠笔筒、吸管等，再加上配重就可以用同样的原理和方法制作密度计(如图5、图6)，帮助学生理解密度计的结构和工作原理。

图5

图6

4.1 拓展学生的思维

标定刻度的方法从本质上是对漂浮时二力平衡条件和阿基米德原理的应用,通过引导学生对定标方法的理解、思考,使学生透过现象看本质,提升其思维品质,把对本实验玻璃管密度计的定标方法推广应用到其他材料(如筷子、吸管等)密度计的制作过程中,进一步强化学生对漂浮原理的理解。

5 结语

用吸管做简易密度计看似简单,实际操作困难、时间长、易失败,而本方案操作简便、便于比较,能够在一节课的课堂时间内完成密度计原理及制作的教学内容，而且还可以根据学生的能力水平作进一步的拓展研究。本设计着眼于培养学生的创新意识,化难为易,可激发学生实验探究的兴趣,让学生感受到创新、发明离我们其实并不远,只要善于思考,我们也行!