第4节 跨学科实践:制作微型密度计
课前调查
调查生活中的密度计,了解它的作用和使用方法。
问题提出
根据物体的浮沉条件等知识,制作微型密度计。
活动目的
1. 了解密度计的基本原理。
2. 设计一个微型密度计,能够将它放入小瓶中,判断酒精是否合格。
3. 根据你的设计方案,选用合适的器材,制作一个微型密度计。
方案设计
1. 设计
(1)密度计所受浮力的大小_______它所受的重力。密度计的质量越大,它所受的浮力就_______,排开酒精的体积就_______。因此,为使密度计放入装有酒精的小瓶后,密度计不会碰到瓶底,又防止酒精溢出,密度计的质量应尽可能_______(填“大”或“小”)。若用密度计测量时,排开1.2 mL的酒精,此时密度计的质量是_______g(保留整数,$\rho_{酒精}=0.88×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$)。
(2)作为标度杆的吸管直径越大,可能会造成液面在吸管上的位置变化越_______(填“大”或“小”),越_______(填“容易”或“难”)判断酒精密度的大小。因此,密度计标度杆的直径应尽可能_______(填“大”或“小”)。假如微型密度计的质量为1 g,则此微型密度计在密度为$0.88×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$酒精中排开酒精的体积是_______$\mathrm{cm}^{3}$,在密度为$0.86×10^{3}\ \mathrm{kg/m}^{3}$酒精中排开酒精的体积是_______$\mathrm{cm}^{3}$,两次排开酒精的体积之差是_______$\mathrm{cm}^{3}$。(后三空均保留两位小数)
(3)微型密度计由_______、_______和_______三部分组成,其中_______位于最下方。
2. 制作

制作过程
1. 选择材料:_______。
2. 制作步骤(文字描述或拍照展示)

成果展示

交流反思
1. 在测量酒精的密度时,密度计的标度杆在液面上方的部分越多,说明酒精的密度越_______(填“大”或“小”)。
2. 为了使微型密度计能在酒精中竖直漂浮,除了使用调整配重的方法,还可以怎么操作?
3. 如果测量结果不准确,产生误差的原因可能有哪些?
拓展实践
通过查阅资料,了解生活中密度计的种类,并写出它们的异同点。

方案设计
1. (1) 等于；越大；越大；小；1
(2) 小；难；小；1.14；1.16；0.02
(3) 标度杆；浮子；配重；配重
2. 制作
各部分的名称：①为标度杆（细塑料管），②为浮子（泡沫塑料球），③为配重（细铜丝）
相关数据：密度计的质量为$\boldsymbol{1\ \mathrm{g}}$，①的长度为$\boldsymbol{8\ \mathrm{cm}}$，①的直径为$\boldsymbol{3\ \mathrm{mm}}$
选择材料：$\boldsymbol{泡沫塑料球、细塑料管、细铜丝}$
制作过程
1. ①材料加工：将细塑料管裁剪为8cm的长度，截取适量细铜丝，把泡沫塑料球修整为合适的大小；
②组装：把细铜丝固定在细塑料管的一端作为配重，将泡沫塑料球固定在塑料管的中部位置作为浮子，在细塑料管上标记出刻度线作为标度杆；
③调试：将制作好的密度计放入装有酒精的小瓶中，观察其是否能竖直漂浮，若出现倾斜，调整配重的位置或重量；若密度计碰到瓶底或酒精溢出，适当减小密度计的整体质量，反复调试至符合要求。
成果展示
体会和收获：通过这次微型密度计的制作，我深入理解了密度计基于物体浮沉条件的工作原理，在动手实践过程中，学会了根据实际需求选择材料、设计并调整装置结构，也体会到了理论知识联系实际操作的重要性。遇到问题时通过不断调试解决，既提升了我的动手能力，也让我对物理知识的应用有了更深刻的认识。
交流反思
1. 大
2. 解：还可以将标度杆的重心进行调整，比如在标度杆靠近下端的位置均匀缠绕少量细铜丝，保证整体重心在竖直方向的下方；或者选择粗细均匀的标度杆材料，在放入酒精时轻轻扶正密度计，待其稳定后再进行观察；也可以调整浮子在标度杆上的位置，让装置的重心与浮心在同一条竖直线上。
3. 解：产生误差的原因可能有：标度杆上的刻度标记不够精准；配重的质量存在误差，导致密度计的整体质量不准确；测量用的酒精不是纯酒精，含有杂质，实际密度与理论值有偏差；密度计在酒精中未完全稳定就读数，导致液面位置判断有误；制作过程中各部件固定不牢固，测量时结构发生轻微变化。
拓展实践
生活中常见的密度计有玻璃液体密度计、电子密度计、石油专用密度计等。
- 相同点：核心原理都是利用物体的浮沉条件，即漂浮时浮力等于重力，来实现液体密度的测量；都可以对液体的密度进行定量或定性的判断。
- 不同点：
1. 玻璃液体密度计：结构简单，成本低，依靠刻度显示数值，精度相对较低，适合普通场景的粗略测量；
2. 电子密度计：利用电子传感器进行测量，能直接显示精确的密度数值，测量精度高，操作更便捷，适合对精度要求高的实验室、精密生产场景；
3. 石油专用密度计：是针对石油及石油产品设计的专用密度计，量程和刻度适配石油的密度范围，结构更适配工业现场的使用需求，多用于石油化工行业。