自制密度计的演示与相关命题的深入研究

    向优生 方子怡

    

    

    

    摘? ?要：密度计是物体漂浮知识点的重要应用，在初中物理浮力知识的教学过程中，发现学生对密度计测量液体密度的原理和密度计刻度特点的认识和理解十分困难。因此，如何挖掘教具和习题的关系，根据教具的实际特点深入挖掘教具的每一个物理问题，转化为具体的教学习题，值得研究。文章以自制密度计为例介绍围绕着自制密度计进行的创新习题研究，介绍几种创新理论推导和实验验证结合的方法，由浅入深，使得教师爱钻研，学生更专注，课堂更有趣，教学更生动。

    关键词：自制密度计;教具与习题结合;试题研究

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ? 文章编号：1003-6148（2020）9-0049-2

    浮力知识作为初中力学的难点问题，在教学中教师缺乏用实验来验证问题，大部分学生缺乏生活中的物理体验。本文通过自制密度计来认识密度计的原理，深入研究密度计刻度的特点：由下至上刻度对应的密度大小怎么变化，刻度是否均匀，如何改进让密度计测量更精准，并通过实验验证和理论分析的结合来全面地讲解每个问题。在习题教学中落实抽象思维转变为形象思维的核心素养，实验验证的加入让学生更容易理解理论推导，使学生知其然更知其所以然。

    1? ? 密度计的原理（如图1）

    2? ? 密度计的刻度是否均匀

    直柱形密度计刻度间隔可能的四种猜想情况如图2所示。

    3? ? 如何改进使得自制密度计的刻度更准确

    3.1? ? 探究横截面积对自制密度计精度的影响

    两个粗细不一样的塑料水管做成的简易密度计，水管一端封闭，通过加减配重（这里直接用水作为配重，便于调节质量），使得两个密度计的重力相同，分别先后放入水中和密度一定的盐水中，用红色细线做好标记（图4）。观察图4D，实验结果表明较细的水管做成的密度计中水对应的密度刻度与盐水对应的密度刻度之间的间隔距离更大，便可以在这个间隔中标上更多的刻度，使得密度计更准确。结论1：相同重力的直柱形密度计，直径越小的密度计越精确。

    3.2? ? 探究密度计自身的重力对密度计精度的影响

    我们将相同粗细的塑料水管底部一端封闭，调节配重使其质量分别为115 g和79 g，先后放入水和密度一定的盐水中漂浮，静止时记录下对应水和盐水的刻度位置，用红色细绳标注（图5）。实验结果表明相同形状的密度计重力越重对应水和盐水的刻度位置间隔越大。结论2：相同形状的直柱形密度计，重力越大密度计越精确。

    3.3? ? 影响密度计精确程度因素的理论推导

    推导过程：h为密度计浸入液体中的深度，S为密度计的横截面积。密度为0.9 g/cm3液体的刻度位置为h0.9，密度为1 g/cm3液体的刻度位置为h1。

    4? ? 自制密度计的实验演示与理论推导相结合教学的优势

    自制密度计可以按照要求做成直柱的外形，用更简单的结构让学生理解密度计的工作原理，同时更容易吸引学生的注意力。對密度计刻度是否均匀的数学反比例函数的应用是一次经典的论证过程，充分展示了数学对解决物理问题的关键作用，比传统的代入数据比较更能展示其物理原理。自制教具与理论推导结合的习题教学模式让枯燥抽象的习题变得具体生动，习题分析手段和方式也变得多样化，在实际教学中起到了很好的效果，训练了学生如何将物理抽象思维转化为形象思维。

    （栏目编辑? ? 王柏庐）