學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究-物質(zhì)的密度

第二章物質(zhì)世界的尺度、質(zhì)量和密度第三節(jié)學(xué)生實(shí)驗(yàn)：探究——物質(zhì)的密度一、教學(xué)背景分析本節(jié)教材從如何識(shí)別生活中的各種物質(zhì)談起，以生活中常見(jiàn)的物質(zhì)為基礎(chǔ)，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究建立密度的概念，并鼓勵(lì)學(xué)生利用密度知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)，學(xué)會(huì)解釋與密度相關(guān)的簡(jiǎn)單問(wèn)題，進(jìn)而領(lǐng)悟物質(zhì)屬性的研究對(duì)人類(lèi)生存與發(fā)展的影響。同時(shí)，密度知識(shí)既是前面質(zhì)量知識(shí)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(chǔ)。密度概念的定義方法——比值法，又與之后的速度定義和壓強(qiáng)定義等知識(shí)有著聯(lián)系。在生活中，學(xué)生對(duì)密度已經(jīng)有了一些相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，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(zhì)，質(zhì)量不同；質(zhì)量相同的兩種物質(zhì)，體積也不同，由此激發(fā)學(xué)生的疑問(wèn)，也激發(fā)學(xué)生的探究欲望。學(xué)生在教師引導(dǎo)下進(jìn)行探究，可以鼓勵(lì)他們大膽猜想和假設(shè)。另外，在前兩節(jié)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已掌握天平和量筒的使用，會(huì)用天平測(cè)量物體的質(zhì)量；會(huì)用量筒測(cè)量物體的體積，也為本節(jié)課的學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。在教學(xué)過(guò)程中，采取設(shè)疑與啟發(fā)的手段，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生探究的興趣和熱情；通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，將探究與操作的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性和主動(dòng)性，讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的方法建立密度的概念；選擇合適的思維梯度，鼓勵(lì)他們用自己的語(yǔ)言對(duì)探究過(guò)程進(jìn)行描述；有意識(shí)地按照提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、實(shí)驗(yàn)探究、小組交流、歸納總結(jié)的要素來(lái)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，滲透科學(xué)探究方法。二、教學(xué)目標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，找出同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積成正比的關(guān)系；學(xué)習(xí)比值法定義物理量的方法。2.通過(guò)對(duì)密度的探究，理解密度的概念、公式和單位；會(huì)讀會(huì)寫(xiě)密度的各種單位，會(huì)進(jìn)行不同密度單位之間的換算。3.通過(guò)了解密度知識(shí)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)查密度表。4.會(huì)用密度公式及其變形式解決實(shí)際問(wèn)題：物質(zhì)鑒別、求物質(zhì)的質(zhì)量、求物質(zhì)的體積等，感受物理知識(shí)在解決實(shí)際問(wèn)題中的價(jià)值。5.會(huì)用量筒和天平測(cè)量固體和液體的密度，有誤差分析的意識(shí)，了解減少誤差的一般方法。6.初步理解科學(xué)探究的基本過(guò)程，提高數(shù)據(jù)的分析及處理能力。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：體驗(yàn)認(rèn)識(shí)密度的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程；理解密度的概念、公式及單位。教學(xué)難點(diǎn)：通過(guò)數(shù)據(jù)分析建立密度概念。四、教學(xué)過(guò)程1.教學(xué)引入環(huán)節(jié)一提出問(wèn)題從學(xué)生熟悉的物質(zhì)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(lè)，詢(xún)問(wèn)學(xué)生如何進(jìn)行區(qū)分。學(xué)生能根據(jù)顏色、軟硬程度、氣味、味道等做出判斷。強(qiáng)調(diào)這些都是物質(zhì)的特性，能根據(jù)它們來(lái)判斷物體種類(lèi)。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(xún)問(wèn)學(xué)生如何進(jìn)行區(qū)分。學(xué)生用手掂一下或者使用天平，根據(jù)它們的質(zhì)量做出判斷。再次出示兩塊外表涂有相同顏色顏料，質(zhì)量相同但體積不同的銅塊和鐵塊，詢(xún)問(wèn)學(xué)生如何進(jìn)行區(qū)分。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)可能無(wú)法解決了。讓學(xué)生思考后，引導(dǎo)學(xué)生形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)：物體質(zhì)量隨體積的增大而增大，因此不能單憑質(zhì)量的大小來(lái)判斷物體種類(lèi)。必須要探究物質(zhì)質(zhì)量隨體積變化的規(guī)律，從中找出特點(diǎn)，從而鑒別物質(zhì)。2.“知識(shí)點(diǎn)”教學(xué)環(huán)節(jié)二猜想在提出問(wèn)題后，給學(xué)生留出充足的時(shí)間討論猜想：物質(zhì)的質(zhì)量和體積之間存在什么關(guān)系？這里不要求學(xué)生一定猜想出正確答案，而是希望學(xué)生能夠預(yù)測(cè)各種可能性。但不管有哪些猜想，都需要測(cè)量物體的質(zhì)量和體積。環(huán)節(jié)三設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題：怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證我們的猜想呢？學(xué)生討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。師生交流，選擇合理的研究方案，教師適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生確定探究的方案。要測(cè)量物體的質(zhì)量和體積，進(jìn)行分析、比較，找出其中的規(guī)律。要使學(xué)生明確探究的思路和實(shí)驗(yàn)的方法，知道應(yīng)該測(cè)量哪些物理量，用什么儀器，怎樣測(cè)量，怎樣設(shè)計(jì)記錄數(shù)據(jù)的表格。環(huán)節(jié)四進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和分析論證（1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教師組織、指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的困難。學(xué)生實(shí)驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。第一大組分為三個(gè)小組，分別測(cè)出長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體三個(gè)銅塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下面的表格中。銅塊質(zhì)量m/g體積V/cm3長(zhǎng)方體正方體圓柱體第二大組分為三個(gè)小組，分別測(cè)出長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體三個(gè)鋁塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下面的表格中鋁塊質(zhì)量m/g體積V/cm3長(zhǎng)方體正方體圓柱體第三大組分為三個(gè)小組，分別測(cè)出長(zhǎng)方體、正方體、圓柱體三個(gè)鐵塊的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下面的表格中。鐵塊質(zhì)量m/g體積V/cm3長(zhǎng)方體正方體圓柱體第四大組分為三個(gè)小組，分別測(cè)出20mL、40mL、80mL的水的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下面的表格中。水質(zhì)量m/g體積V/cm3水120水240水380第五大組分為三個(gè)小組，分別測(cè)出20mL、40mL、80mL的酒精的質(zhì)量與體積，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下面的表格中。酒精質(zhì)量m/g體積V/cm3酒精120酒精240酒精380（2）分析論證得結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)束，各組提交測(cè)得的數(shù)據(jù)。教師用實(shí)物投影儀展示各組數(shù)據(jù)，并輸入到excel軟件中。學(xué)生發(fā)現(xiàn)單純地比較質(zhì)量或體積都沒(méi)有意義，嘗試通過(guò)物質(zhì)的質(zhì)量和體積的關(guān)系，找到一種分辨方法。教師引導(dǎo)，是否可以從比較物質(zhì)的質(zhì)量跟體積的乘積，或者質(zhì)量跟體積的比值，或者質(zhì)量跟體積的和，或者質(zhì)量跟體積的差。看這些結(jié)果里是否隱藏著某種我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn)呢？教師利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算得出各組的數(shù)據(jù)并展示下表，引導(dǎo)學(xué)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(zhì)質(zhì)量和體積的關(guān)系m/gV/cm3m/g＋V/cm3m/g－V/cm3(m×V)/(g·cm3)(m/V)/(g/cm3)(V/m)/(cm3/g)銅長(zhǎng)方體正方體圓柱體…酒精酒精1酒精2酒精3引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：物質(zhì)的質(zhì)量跟體積的和、質(zhì)量跟體積的差、物質(zhì)的質(zhì)量跟體積的乘積，這三組數(shù)據(jù)沒(méi)有任何規(guī)律。物質(zhì)的質(zhì)量跟體積的比值與物質(zhì)的體積跟質(zhì)量的比值，這兩組數(shù)據(jù)有一定的規(guī)律：同種物質(zhì)的比值是相同的；不同物質(zhì)的比值不同。結(jié)合數(shù)據(jù)，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生討論，啟發(fā)學(xué)生回答以下問(wèn)題：①相同體積的銅塊，其質(zhì)量是______；不同體積的銅塊，其質(zhì)量是______；②長(zhǎng)方體銅塊的體積是圓柱體銅塊的___倍，它的質(zhì)量是圓柱體的___倍；③正方體銅塊的體積是長(zhǎng)方體銅塊的___倍，它的質(zhì)量是長(zhǎng)方體的___倍；④無(wú)論體積如何，質(zhì)量如何，形狀如何，銅塊質(zhì)量與體積的比值是_____。（若學(xué)生程度較好，教師引導(dǎo)學(xué)生利用坐標(biāo)紙做出m-V圖像，進(jìn)行分析討論。）學(xué)生按照同樣的方法來(lái)分析鋁塊、鐵塊、水和酒精，得出結(jié)論：同種物質(zhì)組成的物體，質(zhì)量與體積的比值是恒定的；不同物質(zhì)組成的物體，質(zhì)量與體積的比值一般是不同的。教師引導(dǎo)：質(zhì)量與體積的比值反映了物質(zhì)的一種特性。在物理學(xué)中，用“密度”來(lái)表示物質(zhì)的這種特性。為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)密度概念的認(rèn)識(shí)和理解，組織學(xué)生討論以下問(wèn)題：①一桶水和一杯水比較，質(zhì)量、體積、密度有無(wú)區(qū)別？②一支粉筆用完一半，質(zhì)量、體積、密度是否變化？③將鐵塊壓扁成為鐵餅，質(zhì)量、體積、密度是否變化？④體積相同的鐵塊和鋁塊，誰(shuí)的質(zhì)量大？⑤質(zhì)量相同的鐵塊和鋁塊，誰(shuí)的體積大？通過(guò)討論，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到密度是物質(zhì)本身的特性，與質(zhì)量、體積和形狀無(wú)關(guān)。環(huán)節(jié)五理解密度的概念、公式和單位引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)：質(zhì)量跟體積的比值與物質(zhì)的種類(lèi)有關(guān)，通過(guò)比較質(zhì)量跟體積的比值可以分辨不同的物質(zhì)，它反映了物質(zhì)的一種特性。物理學(xué)中用密度來(lái)表示物質(zhì)的這種特性。在探究的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)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(guān)系。環(huán)節(jié)六查看密度表充分利用密度表的信息，讓學(xué)生閱讀密度表，加深體會(huì)，從而將密度的定義具體化，交流以下問(wèn)題：（1）在實(shí)驗(yàn)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(zhì)？有沒(méi)有密度相同的物質(zhì)？有哪些？（3）水的密度是多少？冰的密度是多少？同種物質(zhì)的密度與物態(tài)有關(guān)嗎？3.應(yīng)用與提高（1）回顧實(shí)驗(yàn)①在測(cè)量圓柱體銅塊的質(zhì)量和體積的實(shí)驗(yàn)中，若先用排水法測(cè)量其體積，再用天平測(cè)量其質(zhì)量，得到的密度值是偏大還是偏小？②在測(cè)量水的質(zhì)量和體積的實(shí)驗(yàn)操作中，有哪些步驟可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差？是偏大還是偏??？怎樣操作能減少誤差？（2）課堂總結(jié)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)密度的應(yīng)用表現(xiàn)在三個(gè)方面：物質(zhì)鑒別；計(jì)算物體的質(zhì)量；計(jì)算物體的體積。4.課后練習(xí)（1）一支蠟燭在燃燒后，蠟燭的（）A．質(zhì)量、體積和密度都減小B．質(zhì)量和體積減小，密度不變C．質(zhì)量和密度都不變D．體積減小，密度增大（2）下列關(guān)于密度的討論正確的是（）A．質(zhì)量大的物體，密度一定大B．體積大的物體，密度一定小C．質(zhì)量大、體積大的物體，密度一定大D．密度大、體積大的物體，質(zhì)量一定大（3）有一枚2022年深圳大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)的紀(jì)念幣，它的質(zhì)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(cè)得其質(zhì)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(zhì)量是多少？五、教學(xué)實(shí)施反思本節(jié)課從分辨不同物質(zhì)的角度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立情景來(lái)提出密度概念。因?yàn)榉直娌煌奈镔|(zhì)是依據(jù)其不同的特性，從這個(gè)角度切入，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)密度是物質(zhì)的一種特性，也就是理解密度概念的實(shí)質(zhì)。而通過(guò)具體的情景來(lái)提出問(wèn)題，是考慮到密度的概念比較抽象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供更充分的感性認(rèn)識(shí)，便于學(xué)生以此為探究的起點(diǎn)進(jìn)一步研究，還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛。通過(guò)讓學(xué)生體驗(yàn)探究物理概念建立的過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)密度的概念，不僅達(dá)到理解密度概念的目的，而且體驗(yàn)探究過(guò)程的程序和要素，即提出問(wèn)題→猜想→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→分析論證。在探究的過(guò)程中，讓學(xué)生以實(shí)驗(yàn)、討論、展示等形式參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中來(lái)，以達(dá)到領(lǐng)會(huì)科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)探究能力的目的。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程要充分展開(kāi)，讓學(xué)生充分討論，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用研究的方法，沿著探究的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，使學(xué)生明確探究的思路和方法。在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行測(cè)量，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后分析實(shí)驗(yàn)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(guān)鍵。教師不