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1. 利用所学知识,设计并制作一台活塞式抽水机。设计过程中,需要注意思考:如何选一个密封性好的圆筒？怎样制作活塞？从哪儿进水,从哪儿出水,又该怎样制作两个阀门？还要注意思考制作过程中可能出现影响制作成功的因素等。制作过程中,需要根据设计方案,选择合适的材料,完成制作。与同学相互分享并评价,比一比谁制作的活塞式抽水机运转得更流畅。最后进行成果展示,优化设计方案。
2. 项目主题:制作简易活塞式抽水机。
项目提出:星期天,小梦回到乡村看望奶奶,奶奶家现在还在使用活塞式抽水机,如图9-4-1所示,这种抽水机需要利用人力反复提压手柄抽水。她又联系到自己所学,准备自己动手制作一台简易活塞式抽水机。
任务一:了解活塞式抽水机的结构及工作原理
如图9-4-2所示,活塞式抽水机工作时,活塞向上移动,
任务二:设计活塞式抽水机
小梦找到硬塑料瓶子充当圆筒;她又找来筷子充当活塞杆。
任务三:制作活塞式抽水机
如图9-4-3所示,小梦剪下瓶子的瓶底,瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为
任务四:测试活塞式抽水机的性能
活塞式抽水机在标准大气压下,最多可把水抽高约
2. 项目主题:制作简易活塞式抽水机。
项目提出:星期天,小梦回到乡村看望奶奶,奶奶家现在还在使用活塞式抽水机,如图9-4-1所示,这种抽水机需要利用人力反复提压手柄抽水。她又联系到自己所学,准备自己动手制作一台简易活塞式抽水机。
任务一:了解活塞式抽水机的结构及工作原理
如图9-4-2所示,活塞式抽水机工作时,活塞向上移动,
A
阀门关闭,水在大气压
的作用下冲开B
阀门,流入圆筒。任务二:设计活塞式抽水机
小梦找到硬塑料瓶子充当圆筒;她又找来筷子充当活塞杆。
任务三:制作活塞式抽水机
如图9-4-3所示,小梦剪下瓶子的瓶底,瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为
活塞
,使瓶底的外径与瓶子的内径相吻合。在瓶子的侧壁上打一个出水口,插上一段塑料管作为出水管。拔掉瓶盖上的小帽,把瓶口作为进水口。在活塞上打两个孔C、D,中间的孔C用来固定筷子。用橡皮膏把塑料片的一边粘在活塞上,使塑料片能盖住孔D,作为一个阀门。把玻璃球放在瓶子里作为另一个阀门
。装上活塞,抽水机就组装好了。将瓶口朝下浸入水中,上下拉动活塞,抽水机就会把水抽上来。任务四:测试活塞式抽水机的性能
活塞式抽水机在标准大气压下,最多可把水抽高约
10.13
m。($p_{0}=1.013×10^{5}\ \mathrm{Pa}$,$g$取$10\ \mathrm{N/kg}$,$\rho_{\mathrm{水}}=1×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$)答案
1.参考样例:
(1)材料准备:一个玻璃球,一个空的透明塑料瓶(瓶身最好是圆柱形),一根硬铁丝,一小段胶皮,一根塑料管,一把剪刀,电烙铁,热熔胶枪,红墨水,水槽等。
(2)模型制作:①用剪刀剪下瓶子的瓶底,把瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为活塞,使瓶底的外径能与瓶子的内径相吻合。②在瓶子的侧壁合适位置用电烙铁打一小孔,插上一段塑料管并用热熔胶固定,塑料管作为出水口。③用电烙铁在活塞上打两个孔(其中一个孔在中间,用热熔胶固定铁丝,方便上下拉动活塞),用热熔胶把胶皮的一边粘在活塞上,使胶皮能盖住另一个孔。④用电烙铁在瓶盖上打一孔,将玻璃球放在瓶盖上,刚好堵住孔。
(3)模型测试:组装好后,将瓶口朝下浸入盛有红墨水的水槽中,上下拉动活塞,观察现象。
(4)评价交流:从设计、选材等方面进行评估交流并完善装置。
注意事项:在使用剪刀、电烙铁、热熔胶枪等工具时,务必注意安全操作。
2.任务一:A 大气压 B 任务三:活塞 阀门
任务四:10.13
(1)材料准备:一个玻璃球,一个空的透明塑料瓶(瓶身最好是圆柱形),一根硬铁丝,一小段胶皮,一根塑料管,一把剪刀,电烙铁,热熔胶枪,红墨水,水槽等。
(2)模型制作:①用剪刀剪下瓶子的瓶底,把瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为活塞,使瓶底的外径能与瓶子的内径相吻合。②在瓶子的侧壁合适位置用电烙铁打一小孔,插上一段塑料管并用热熔胶固定,塑料管作为出水口。③用电烙铁在活塞上打两个孔(其中一个孔在中间,用热熔胶固定铁丝,方便上下拉动活塞),用热熔胶把胶皮的一边粘在活塞上,使胶皮能盖住另一个孔。④用电烙铁在瓶盖上打一孔,将玻璃球放在瓶盖上,刚好堵住孔。
(3)模型测试:组装好后,将瓶口朝下浸入盛有红墨水的水槽中,上下拉动活塞,观察现象。
(4)评价交流:从设计、选材等方面进行评估交流并完善装置。
注意事项:在使用剪刀、电烙铁、热熔胶枪等工具时,务必注意安全操作。
2.任务一:A 大气压 B 任务三:活塞 阀门
任务四:10.13
解析
【分析】
对于任务一，需先回忆活塞式抽水机的工作原理：它依靠大气压实现抽水。当活塞向上移动时，活塞上方空间体积增大，内部气压减小，活塞上的阀门会因压力差关闭，外界大气压大于圆筒内气压，水在大气压作用下冲开底部阀门流入圆筒。
对于任务三，根据制作需求，裁剪后的瓶底需与圆筒内径吻合，符合活塞的密封移动要求，因此作为活塞；玻璃球可在水压作用下实现单向导通，起到阀门的作用。
对于任务四，要计算大气压能支撑的水柱高度，需利用液体压强公式 $ p = \rho gh $ 变形求解，代入标准大气压、水的密度和重力加速度的数值即可得到结果。
【解析】
任务一：活塞式抽水机工作时，活塞向上移动，活塞上的A阀门关闭，此时圆筒内上方气压减小，外界大气压大于内部气压，水在大气压的作用下冲开底部的B阀门，流入圆筒。
任务三：将瓶底略剪后，其外径与瓶子内径吻合，可作为活塞；玻璃球能在水压作用下实现单向导通，作为另一个阀门。
任务四：根据液体压强公式 $ p = \rho gh $，变形可得水柱高度 $ h = \frac{p_0}{\rho_{\mathrm{水}}g} $，代入数据：
$ h = \frac{1.013×10^5\ \mathrm{Pa}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}} = 10.13\ \mathrm{m} $
制作部分参考样例：
(1)材料准备:一个玻璃球,一个空的透明塑料瓶(瓶身最好是圆柱形),一根硬铁丝,一小段胶皮,一根塑料管,一把剪刀,电烙铁,热熔胶枪,红墨水,水槽等。
(2)模型制作:①用剪刀剪下瓶子的瓶底,把瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为活塞,使瓶底的外径能与瓶子的内径相吻合。②在瓶子的侧壁合适位置用电烙铁打一小孔,插上一段塑料管并用热熔胶固定,塑料管作为出水口。③用电烙铁在活塞上打两个孔(其中一个孔在中间,用热熔胶固定铁丝,方便上下拉动活塞),用热熔胶把胶皮的一边粘在活塞上,使胶皮能盖住另一个孔。④用电烙铁在瓶盖上打一孔,将玻璃球放在瓶盖上,刚好堵住孔。
(3)模型测试:组装好后,将瓶口朝下浸入盛有红墨水的水槽中,上下拉动活塞,观察现象。
(4)评价交流:从设计、选材等方面进行评估交流并完善装置。
注意事项:在使用剪刀、电烙铁、热熔胶枪等工具时,务必注意安全操作。
【答案】
任务一：A；大气压；B
任务三：活塞；阀门
任务四：10.13
制作部分参考上述样例
【知识点】
1. 大气压的应用
2. 活塞式抽水机原理
3. 液体压强公式计算
【点评】
本题以制作简易活塞式抽水机为项目载体，将理论知识与实践操作结合，既考查了大气压的应用、液体压强计算等物理知识，又锻炼了动手设计与制作能力，能帮助学生深化对物理知识在生活中应用的理解。
【难度系数】
0.6
对于任务一，需先回忆活塞式抽水机的工作原理：它依靠大气压实现抽水。当活塞向上移动时，活塞上方空间体积增大，内部气压减小，活塞上的阀门会因压力差关闭，外界大气压大于圆筒内气压，水在大气压作用下冲开底部阀门流入圆筒。
对于任务三，根据制作需求，裁剪后的瓶底需与圆筒内径吻合，符合活塞的密封移动要求，因此作为活塞；玻璃球可在水压作用下实现单向导通，起到阀门的作用。
对于任务四，要计算大气压能支撑的水柱高度，需利用液体压强公式 $ p = \rho gh $ 变形求解，代入标准大气压、水的密度和重力加速度的数值即可得到结果。
【解析】
任务一：活塞式抽水机工作时，活塞向上移动，活塞上的A阀门关闭，此时圆筒内上方气压减小，外界大气压大于内部气压，水在大气压的作用下冲开底部的B阀门，流入圆筒。
任务三：将瓶底略剪后，其外径与瓶子内径吻合，可作为活塞；玻璃球能在水压作用下实现单向导通，作为另一个阀门。
任务四：根据液体压强公式 $ p = \rho gh $，变形可得水柱高度 $ h = \frac{p_0}{\rho_{\mathrm{水}}g} $，代入数据：
$ h = \frac{1.013×10^5\ \mathrm{Pa}}{1×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×10\ \mathrm{N/kg}} = 10.13\ \mathrm{m} $
制作部分参考样例：
(1)材料准备:一个玻璃球,一个空的透明塑料瓶(瓶身最好是圆柱形),一根硬铁丝,一小段胶皮,一根塑料管,一把剪刀,电烙铁,热熔胶枪,红墨水,水槽等。
(2)模型制作:①用剪刀剪下瓶子的瓶底,把瓶子上部作为抽水机的圆筒。把瓶底再略剪一小部分作为活塞,使瓶底的外径能与瓶子的内径相吻合。②在瓶子的侧壁合适位置用电烙铁打一小孔,插上一段塑料管并用热熔胶固定,塑料管作为出水口。③用电烙铁在活塞上打两个孔(其中一个孔在中间,用热熔胶固定铁丝,方便上下拉动活塞),用热熔胶把胶皮的一边粘在活塞上,使胶皮能盖住另一个孔。④用电烙铁在瓶盖上打一孔,将玻璃球放在瓶盖上,刚好堵住孔。
(3)模型测试:组装好后,将瓶口朝下浸入盛有红墨水的水槽中,上下拉动活塞,观察现象。
(4)评价交流:从设计、选材等方面进行评估交流并完善装置。
注意事项:在使用剪刀、电烙铁、热熔胶枪等工具时,务必注意安全操作。
【答案】
任务一：A；大气压；B
任务三：活塞；阀门
任务四：10.13
制作部分参考上述样例
【知识点】
1. 大气压的应用
2. 活塞式抽水机原理
3. 液体压强公式计算
【点评】
本题以制作简易活塞式抽水机为项目载体，将理论知识与实践操作结合，既考查了大气压的应用、液体压强计算等物理知识，又锻炼了动手设计与制作能力，能帮助学生深化对物理知识在生活中应用的理解。
【难度系数】
0.6
