學生實驗：探究-物質的密度

第二章物質世界的尺度、質量和密度第三節(jié)學生實驗：探究——物質的密度一、教學背景分析本節(jié)教材從如何識別生活中的各種物質談起，以生活中常見的物質為基礎，讓學生通過實驗探究建立密度的概念，并鼓勵學生利用密度知識來認識物質，學會解釋與密度相關的簡單問題，進而領悟物質屬性的研究對人類生存與發(fā)展的影響。同時，密度知識既是前面質量知識的深化與延伸，又要為后面的阿基米德原理及物體浮沉條件奠定基礎。密度概念的定義方法——比值法，又與之后的速度定義和壓強定義等知識有著聯(lián)系。在生活中，學生對密度已經(jīng)有了一些相關經(jīng)驗，如同樣大?。w積）的鐵棒和木棒比較，鐵棒比木棒要重；一斤棉花比一斤鐵的體積大等。教材提出體積相同的不同物質，質量不同；質量相同的兩種物質，體積也不同，由此激發(fā)學生的疑問，也激發(fā)學生的探究欲望。學生在教師引導下進行探究，可以鼓勵他們大膽猜想和假設。另外，在前兩節(jié)的學習中，學生已掌握天平和量筒的使用，會用天平測量物體的質量；會用量筒測量物體的體積，也為本節(jié)課的學生動手實驗奠定了基礎。在教學過程中，采取設疑與啟發(fā)的手段，引導學生積極思考，激發(fā)學生探究的興趣和熱情；通過分組實驗，將探究與操作的主動權交給學生，強調學生學習的主體性和主動性，讓學生通過實驗探究的方法建立密度的概念；選擇合適的思維梯度，鼓勵他們用自己的語言對探究過程進行描述；有意識地按照提出問題、猜想假設、實驗探究、小組交流、歸納總結的要素來設計教學過程，滲透科學探究方法。二、教學目標1.通過實驗探究活動，找出同種物質的質量與體積成正比的關系；學習比值法定義物理量的方法。2.通過對密度的探究，理解密度的概念、公式和單位；會讀會寫密度的各種單位，會進行不同密度單位之間的換算。3.通過了解密度知識在生產(chǎn)、生活中的應用，學會查密度表。4.會用密度公式及其變形式解決實際問題：物質鑒別、求物質的質量、求物質的體積等，感受物理知識在解決實際問題中的價值。5.會用量筒和天平測量固體和液體的密度，有誤差分析的意識，了解減少誤差的一般方法。6.初步理解科學探究的基本過程，提高數(shù)據(jù)的分析及處理能力。三、教學重點和難點教學重點：體驗認識密度的實驗探究過程；理解密度的概念、公式及單位。教學難點：通過數(shù)據(jù)分析建立密度概念。四、教學過程1.教學引入環(huán)節(jié)一提出問題從學生熟悉的物質引入，分別出示鋁塊與銅塊、木頭與海綿、酒精與清水、醬油與可樂，詢問學生如何進行區(qū)分。學生能根據(jù)顏色、軟硬程度、氣味、味道等做出判斷。強調這些都是物質的特性，能根據(jù)它們來判斷物體種類。出示兩塊體積相同，但外表涂有相同顏色顏料的銅塊和鐵塊，詢問學生如何進行區(qū)分。學生用手掂一下或者使用天平，根據(jù)它們的質量做出判斷。再次出示兩塊外表涂有相同顏色顏料，質量相同但體積不同的銅塊和鐵塊，詢問學生如何進行區(qū)分。對于這個問題，學生已有的生活經(jīng)驗可能無法解決了。讓學生思考后，引導學生形成統(tǒng)一認識：物體質量隨體積的增大而增大，因此不能單憑質量的大小來判斷物體種類。必須要探究物質質量隨體積變化的規(guī)律，從中找出特點，從而鑒別物質。2.“知識點”教學環(huán)節(jié)二猜想在提出問題后，給學生留出充足的時間討論猜想：物質的質量和體積之間存在什么關系？這里不要求學生一定猜想出正確答案，而是希望學生能夠預測各種可能性。但不管有哪些猜想，都需要測量物體的質量和體積。環(huán)節(jié)三設計實驗提出問題：怎樣設計實驗驗證我們的猜想呢？學生討論，設計實驗方案。師生交流，選擇合理的研究方案，教師適時引導學生確定探究的方案。要測量物體的質量和體積，進行分析、比較，找出其中的規(guī)律。要使學生明確探究的思路和實驗的方法，知道應該測量哪些物理量，用什么儀器，怎樣測量，怎樣設計記錄數(shù)據(jù)的表格。環(huán)節(jié)四進行實驗和分析論證（1）進行實驗教師組織、指導學生實驗，幫助學生解決實驗中遇到的困難。學生實驗，并記錄數(shù)據(jù)。第一大組分為三個小組，分別測出長方體、正方體、圓柱體三個銅塊的質量與體積，并將實驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。銅塊質量m/g體積V/cm3長方體正方體圓柱體第二大組分為三個小組，分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鋁塊的質量與體積，并將實驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中鋁塊質量m/g體積V/cm3長方體正方體圓柱體第三大組分為三個小組，分別測出長方體、正方體、圓柱體三個鐵塊的質量與體積，并將實驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。鐵塊質量m/g體積V/cm3長方體正方體圓柱體第四大組分為三個小組，分別測出20mL、40mL、80mL的水的質量與體積，并將實驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。水質量m/g體積V/cm3水120水240水380第五大組分為三個小組，分別測出20mL、40mL、80mL的酒精的質量與體積，并將實驗數(shù)據(jù)填入下面的表格中。酒精質量m/g體積V/cm3酒精120酒精240酒精380（2）分析論證得結論實驗結束，各組提交測得的數(shù)據(jù)。教師用實物投影儀展示各組數(shù)據(jù)，并輸入到excel軟件中。學生發(fā)現(xiàn)單純地比較質量或體積都沒有意義，嘗試通過物質的質量和體積的關系，找到一種分辨方法。教師引導，是否可以從比較物質的質量跟體積的乘積，或者質量跟體積的比值，或者質量跟體積的和，或者質量跟體積的差。看這些結果里是否隱藏著某種我們還沒有發(fā)現(xiàn)的特點呢？教師利用計算機軟件計算得出各組的數(shù)據(jù)并展示下表，引導學生分析數(shù)據(jù)，尋找用不同方法處理的數(shù)據(jù)有什么規(guī)律。探究物質質量和體積的關系m/gV/cm3m/g＋V/cm3m/g－V/cm3(m×V)/(g·cm3)(m/V)/(g/cm3)(V/m)/(cm3/g)銅長方體正方體圓柱體…酒精酒精1酒精2酒精3引導學生分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物質的質量跟體積的和、質量跟體積的差、物質的質量跟體積的乘積，這三組數(shù)據(jù)沒有任何規(guī)律。物質的質量跟體積的比值與物質的體積跟質量的比值，這兩組數(shù)據(jù)有一定的規(guī)律：同種物質的比值是相同的；不同物質的比值不同。結合數(shù)據(jù)，進一步引導學生討論，啟發(fā)學生回答以下問題：①相同體積的銅塊，其質量是______；不同體積的銅塊，其質量是______；②長方體銅塊的體積是圓柱體銅塊的___倍，它的質量是圓柱體的___倍；③正方體銅塊的體積是長方體銅塊的___倍，它的質量是長方體的___倍；④無論體積如何，質量如何，形狀如何，銅塊質量與體積的比值是_____。（若學生程度較好，教師引導學生利用坐標紙做出m-V圖像，進行分析討論。）學生按照同樣的方法來分析鋁塊、鐵塊、水和酒精，得出結論：同種物質組成的物體，質量與體積的比值是恒定的；不同物質組成的物體，質量與體積的比值一般是不同的。教師引導：質量與體積的比值反映了物質的一種特性。在物理學中，用“密度”來表示物質的這種特性。為了強化學生對密度概念的認識和理解，組織學生討論以下問題：①一桶水和一杯水比較，質量、體積、密度有無區(qū)別？②一支粉筆用完一半，質量、體積、密度是否變化？③將鐵塊壓扁成為鐵餅，質量、體積、密度是否變化？④體積相同的鐵塊和鋁塊，誰的質量大？⑤質量相同的鐵塊和鋁塊，誰的體積大？通過討論，讓學生認識到密度是物質本身的特性，與質量、體積和形狀無關。環(huán)節(jié)五理解密度的概念、公式和單位引導學生認識：質量跟體積的比值與物質的種類有關，通過比較質量跟體積的比值可以分辨不同的物質，它反映了物質的一種特性。物理學中用密度來表示物質的這種特性。在探究的基礎上，引導學生得出密度的定義、公式、單位，明確密度單位的意義及kg/m3和g/cm3間的換算關系。環(huán)節(jié)六查看密度表充分利用密度表的信息，讓學生閱讀密度表，加深體會，從而將密度的定義具體化，交流以下問題：（1）在實驗中得到的鋁的密度是多少？如何讀？表示什么意思？（2）密度表中固體、液體和氣體中密度最大、最小的各是什么物質？有沒有密度相同的物質？有哪些？（3）水的密度是多少？冰的密度是多少？同種物質的密度與物態(tài)有關嗎？3.應用與提高（1）回顧實驗①在測量圓柱體銅塊的質量和體積的實驗中，若先用排水法測量其體積，再用天平測量其質量，得到的密度值是偏大還是偏?。竣谠跍y量水的質量和體積的實驗操作中，有哪些步驟可能會導致測量誤差？是偏大還是偏?。吭鯓硬僮髂軠p少誤差？（2）課堂總結引導學生總結密度的應用表現(xiàn)在三個方面：物質鑒別；計算物體的質量；計算物體的體積。4.課后練習（1）一支蠟燭在燃燒后，蠟燭的（）A．質量、體積和密度都減小B．質量和體積減小，密度不變C．質量和密度都不變D．體積減小，密度增大（2）下列關于密度的討論正確的是（）A．質量大的物體，密度一定大B．體積大的物體，密度一定小C．質量大、體積大的物體，密度一定大D．密度大、體積大的物體，質量一定大（3）有一枚2022年深圳大學生運動會的紀念幣，它的質量為g，體積為cm3，你知道它是什么金屬制成的嗎？（4）已知物塊A的密度為g/cm3，測得其質量是156g，則A物塊的體積為多少？若物塊B體積與A物塊相同，密度是g/cm3，則物塊B的質量是多少？五、教學實施反思本節(jié)課從分辨不同物質的角度，通過實驗建立情景來提出密度概念。因為分辨不同的物質是依據(jù)其不同的特性，從這個角度切入，有利于學生認識密度是物質的一種特性，也就是理解密度概念的實質。而通過具體的情景來提出問題，是考慮到密度的概念比較抽象，通過實驗可以為學生提供更充分的感性認識，便于學生以此為探究的起點進一步研究，還可以激發(fā)學生的學習興趣，活躍課堂氣氛。通過讓學生體驗探究物理概念建立的過程來學習密度的概念，不僅達到理解密度概念的目的，而且體驗探究過程的程序和要素，即提出問題→猜想→設計實驗→進行實驗→分析論證。在探究的過程中，讓學生以實驗、討論、展示等形式參與到學習過程中來，以達到領會科學方法、培養(yǎng)科學探究能力的目的。學生設計實驗的過程要充分展開，讓學生充分討論，引導學生運用研究的方法，沿著探究的思路進行設計，使學生明確探究的思路和方法。在此基礎上再進行測量，獲得實驗數(shù)據(jù)，然后分析實驗數(shù)據(jù)，找出其中包含的物理規(guī)律，這是本節(jié)課的重要環(huán)節(jié)，是正確理解密度概念的關鍵。教師不