九年级物理密度教案3.doc

密度

一、本节三维目标要求
1.知识和技能
Ø Ø         理解密度的物理意义。
Ø Ø         知道密度的公式，能用公式进行计算。能用密度知识解决简单的实际问题。
Ø Ø         知道密度单位的写法、读法及换算。
2.过程与方法
Ø Ø         通过经历密度概念的建立过程，学习建立科学概念的思维方法。
Ø Ø         熟悉量筒的使用方法。
3.情感、态度与价值观
Ø Ø         密度反映的是物质本身所具有的特性。通过探究活动，使学生对物质属性的认识有新的拓展。
Ø Ø         通过量筒、天平使用的技能训练，培养学生严谨的科学态度与协作精神。

二、重点与难点
本节的重点是理解密度的物理意义。知道密度的公式，能用公式进行计算。
本节的难点是学生对“密度是物质本身所具有的特性”的认识，以及密度单位的写法、读法及换算。

三、教学实施建议
（一）教学过程
本节分为两个教学板块，（1）通过实验探究体积相同的不同物质，质量不同；通过实验探究同种物质单位体积的质量相等；由此引出密度的概念、公式和单位。（2）密度的应用。
1.实验探究过程设计
“密度”是初中物理的重要内容之一，它在今后学习液体压强、浮力以及高中气态方程等方面都有广泛的应用。同时，“密度”对于初二学生来说，又是一个比较抽象、比较难懂的概念。初二学生由于对此概念弄不清楚，影响了以后有关内容的学习。为了使学生更好地理解密度概念，教材设计了对密度概念建立过程的实验探究，使学生经历“密度”的概念的建立过程。
(1)创设情景
课堂上，让学生观察两个（一个是铝制的，一个是不锈钢制的）大小、形状一样的勺子。或者观察两杯体积相同的不同液体的质量。很多学生会像小聪一样，提出猜想：体积相同的不同物质可能质量不同。并进一步思考，这里包含有什么道理呢？
(2)制定计划，进行探究
收集日常生活中体积不相同的不同物质比较容易，所以小聪制定了收集生活中的一些小物品，进行探究。
在制定计划时，需要教师引导。首先让学生思考：铁块和木头谁重？怎么比较铁块和木头谁重？由此引导学生得到用天平、刻度尺和量筒测量这些小物品的质量和体积，然后计算1cm3物体的质量的设计方案。
然后让学生分成几个小组，进行探究。对于小物体的体积，学会使用量筒是学生继续探究的前提。可以组织学生阅读课本117页，学习量筒的使用方法。
(3)分析论证，得出结论
每个小组的测量结果数据量少，总结不出规律。必需汇总各小组数据，填入课本118页表中，才能显示出规律性的结论：1立方厘米质量相同的物体都是由相同的材料组成的。
对这个结论，教师要引导学生思考：“1cm3物体的质量”有什么意义？应使学生悟出“1cm3物体的质量”可以区别不同的物质，并进一步认识到这是一个描述物质特性的物理量，由此给出密度的概念。
根据密度的定义，可以推知密度的公式ρ=m/V。
对于教学的实施过程，需要有以下几点说明。
（1）密度的公式：

这个公式的得出实际上是利用了密度的概念和相应的运算法则，也就是要求出单位体积的质量应当用除法，所以同学们对物理知识的学习，尤其是一些物理公式，一定不要死记硬背，要学会运用数学方法研究物理问题．建立正确的物理模型，明确同种物质密度跟质量不成正比，跟体积不成反比的结论．密度是物质的特性，对同一种物质来说，在一定条件下，密度是一个常数．密度表示的是单位体积的某种物质的质量，例如铝的密度是2.7×103 kg/m3，它的意义是1立方米的铝的质量是2.7×103 kg。可见物质的密度是用物质的质量和它的体积的比值求出的，而不是由它质量的多少或它体积的大小所决定的．因此不能说物质的密度跟它的质量成正比，跟它的体积成反比．例如一块铝切去一半，剩下一半的密度是否发生了变化呢？没有，因为当这块铝切去一半时，体积变为原来的二分之一，质量也变为原来的二分之一，但m／V的值即ρ并没有发生变化．
（2）密度是反映物质特性的物理量，物质的特性是指物质本身具有的而又能相互区别的一种性质．密度描述的是：各种物质在体积相同的条件下，所含的质量不相等的特性．各种物质都有一定的密度，不同物质的密度一般不同．物质的密度与该物质组成的物体的质量、体积、形状、运动状态无关．由于物体在温度发生变化时，体积会发生变化（即物体有热胀冷缩的性质），而质量不变，则物体的密度要随温度的改变而改变，在物质发生物态变化时（例如水结成冰）密度一般有变化．例如一块铁，它的温度升高了，体积会膨胀，但是质量没变，这样根据ρ=m／V，公式中分子不变，分母变大，分数值应当变小，所以密度会变小．
上边这些变化有时比较小，比如铁块温度升高．在温度变化不太大的情况下，可以不考虑密度的变化，但有些变化较大就必须强调条件，比如气体的密度，在密度表中就限定了条件，是0℃及1个标准大气压下．正是由于这样，我们说密度是物质的特性，并不是说物质的密度是永远不变的，它还是随外界条件的改变而要发生变化的．前面我们讲的质量是物体的属性，属性是不随外界条件的改变而改变的，质量与形状、状态、位置无关．各种物质都有一定的密度，指的是在一定温度和状态下．今后我们讨论的问题，大多是温度变化不大的情况，可以把密度视为定值．
（3）密度的单位是由质量单位千克和体积单位立方米组成，属复合单位。这是教学的难点，有必要特殊强调一下，帮助学生理解和掌握。
对一些常见物质的密度，学生要了解，会查密度表中的密度值。另外教师可再补充介绍一些生活中常见的密度值，宇宙中某些恒星的密度等，同时介绍英国物理学家瑞利发现氩气从而获诺贝尔物理奖的科学史，激发学生的兴趣和求知欲望，并不断探索。
2.密度的应用
在生活和生产中密度的应用很广，我们可以根据密度的大小鉴别物质，通过测定密度，发现新材料，估测矿山、油田的储量等。教师可以结合课本120页的图6-2-4讲解。

（二）材料准备与实验设计
1.实验材料准备
本节教学需要准备的实验材料有天平、量筒、刻度尺、透明塑料瓶、各种小物体等。
2.自制量筒
制作方法：
（1）在透明塑料瓶的外壁贴一张纸条。
（2）用一个标准量筒量好100cm 3的水，倒入瓶内，在纸条上画出液面的位置。
（3）再用量筒向瓶内倒入400cm3水，画出500cm3的标度线。
图6-2-1 自制量筒

（4）将100cm3与500cm3两条标度线之间的距离等分成4份,依次划出200cm3、300cm 3、400 cm3的标度线。并将相邻的两条标度线之间的距离二等分，依次划出50cm3、150cm 3……450cm3的标度线，如图所示。

四、发展空间
（一）“自我评价”参考答案：
1.用托盘天平测量多个硬币的质量，然后用量筒测量体积。体积的测量方法也很多，学生自己选定。要求写出选用的实验器材和实验方法及实验步骤。0.5元硬币密度约为7.7克/厘米3 ，它是由合金材料制成的。
2.已知密度、质量，根据密度公式计算体积。
（二）“走向社会”指导
课题1：实验分析金属的一些属性
组织形式：学生活动小组
参考方案：通过实验，探究几种金属和塑料弹性、密度、硬度，说明生活中是怎样应用物质的这些属性的。写出探究过程报告．发现新问题。
课题2：利用当地资源，走进工厂、矿山、医院、社区、农村，调查密度知识的应用。

五、教学资源
（一）“走向社会”研究课题方案
1.测量雪的密度
问题：雪的密度在任何地方、不同的时间都一样吗？
材料：两个同样大小的玻璃或塑料圆筒（高约25厘米，直径约7厘米）；两个塑料袋；一架天平；一个大量筒．
操作过程：
（1）在冬天时将塑料袋装满雪，记下雪的类型（如：湿雪、干雪、干粉状雪等）及室外的空气温度是零下几度（如-15℃）或零上几度（如+10℃）．
（2）返回教室内把雪全部倒入一个大碗里．
（3）将一个圆筒称重(m1)，仔细地装满雪，不要使筒内留下空隙，再一次将圆筒称重(m2)．m2-m1即测得的雪的质量。
（4）取第二个圆筒测量它的体积．方法有二：一是用量具测量；二是将圆筒装满水，用量筒测出其体积，记录下需要水的数量（毫升）．
（5）雪的密度等于雪的质量除以圆筒的体积．
（6）在不同温度下重复这个实验，观察雪的密度在不同温度下是否相同．
后续活动：当你测完雪的密度后，你就可以推算学校存车棚顶棚（或其它类似建筑）上的雪的质量，测量出雪的厚度并估算车棚的面积．
教师注意；你可以发现雪的密度在一天当中随着温度的变化而变化；当温度在0℃以上时，雪的密度不同于在0℃以下时收集的雪的密度．必须注意保证使室内的温度接近于室外的温度．
（本活动由芬兰于韦斯屈莱大学教育系塔拉 黑卡伦内提供。）

2.测定空气的密度
器材：
皮球，打气筒，气针，量杯，水盆，天平，砝码，乳胶管，管夹等．

操作：
(1)用气筒将皮球打足气，用天平秤出皮球的质量m1．
(2)将量杯装满水后，倒放在水盆中，用气针和乳胶管将皮球中的空气引入量杯内，用量杯排水集气的方法排出皮球中的气体（如图）．如果量杯已集满气，而皮球中的空气尚未排完，可以夹紧管夹暂停放气，将量杯装满水后重新集气．
(3)排出皮球中一定量的空气之后夹紧管夹，拔出气针．用天平秤出皮球的质量m2，则排出空气的质量为m=m1-m2．
(4)从调换量杯的次数和最后一次量杯中气体的休积，可以知道从皮球中排出的空气在常压下的体积V．那么空气在常压下的密度ρ＝m／V．
注意：放气前后皮球的体积尽量不要变，这样空气对皮球的浮力就保持不变．
（资料来源：）

（二）《密度》概念探究性教学设计
    一、 指导思想
    1. 学生在学习《密度》的科学定义之前，已经有了不少与《密度》有关的经验。《密度》概念教学的任务，主要是将学生对《密度》的经验水平的认识提升到科学概念的水平。
    2. 若能设计一项系列的问题解决活动，使学生根据已有的经验可以解决一部分问题，但会被另外一部分问题难住，因而必须超越已有的经验认识，探寻新的解决办法。这样的基于学生已有经验而又驱动他们超越经验的问题解决活动，有利于调动学生在智力上积极、主动的投入，对于他们形成正确的科学概念、获得对科学的积极的情感和态度，也许是最有价值的一种体验。
    3. 初中学生在学习新的科学概念时，无论从他们的科学知识基础还是认知发展的水平上来看，都还离不开具体经验的支持。而在一些科学课堂上，科学概念的引入基本上是人为规定性的，许多定义是用一种生硬的方式直接给出的。这样做的理由之一是可以节省时间，提高效率，实际上这是产生与"儿童的科学"格格不入的"学校的科学"的一个重要原因之一。这样强行灌注的知识不可能深入学生的心灵，无法得到迁移和应用，这样，对于初中学生来说，用直接下定义的方法教科学概念有可能实际上是低效率的。反之，如果在科学概念引入的过程中，给予学生一定时间和活动机会，他们有可能更深入地理解概念，使之更易于得到迁移和应用，因而实质上可以提高概念教学的效率。
    二、 设计思路
1、分组游戏活动
•让学生从一堆物品中分辨出其构成材料的异同。
•材料的表观特性被设法隐匿。
•应使初中学生调用已有经验就可以找到方法分辨体积和质量均相同的那些物品的材料构成，而在对付体积、质量和形状均不相同的物品时遇到困难。

2. "猜想催生"活动
•引导学生分析、整理处理（已解决）问题的思路。
•引导学生仔细分析、比较从尚未解决的问题中已获得的数据。
•通过以上活动催生出猜想：也许可以根据重量(质量)和体积的比值来分辨？

3. "猜想求证"活动
•引导、鼓励学生对前面提出的猜想进行进一步分析、论辩。
•组织学生讨论"质量和体积的比值"的意义，以引导学生进一步提出假设：同样的材料，质量和体积会同时改变，但质量和体积的比值应该不变。
•引导学生设计实验自行求证以上假设。
•在以上活动的基础上打开"黑箱"，揭出谜底，学生带着活动的成就进入密度科学定义的学习。
三、 主要创新
    前述的分组游戏活动，是本探究性教学活动设计的主要创新内容。现详述如下：
    给每组学生准备一堆物品，让学生从中分辨出构成物品的材料的异同。物品要经过仔细选择和处理，一是要能避免学生靠视觉、听觉、嗅觉和触觉就能分辨出物品的材料构成，二是要能导向学生用考虑体积和重量（两个变量）的思路解决难易程度不一的几类问题，因此，物品的个数要与所设置的问题相适应。

四、 请求认证内容
  前述的第二至第三项。即"设计思路"和"分组游戏活动的设计"。为满足以上要求，具体方案可以多样。
主要作者：罗星凯 刘小兵 梁维刚 吴 娴 张琴美 李萍昌 参见：

（三）参考资料
1.世界上最轻的固体——气凝胶
美航空航天局制造出了世界上最轻的固体．这种材料名为“固态烟”，在正常情况下呈现烟云状，质量超轻．它的主要成分和玻璃一样也是二氧化硅，但因为它百分之九十九点八都是空气，所以密度只有玻璃的千分之一．气凝胶非常坚固耐用．它可以承受相当于自身重量几千倍的压力，在温度达到1200摄氏度时才会熔化．此外它的导热性和折射率也很低，绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍。由于具备这些特性，气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料，俄罗斯"和平"号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘。

2.密度中的“大王”和“小鬼”
在地球上，目前已经发现了100多种元素．在这些元素组成的单质中，密度最大的是金属锇，其数值22.6×103kg/m3．锇能否称“密度大王”呢？不能！宇宙间有一种白矮星，它的密度是3.0×1010kg/m3，它能否称“大王”呢，还不能！因为还有一种叫“中子星”的天体，其1立方厘米的物质有1000万吨，脉冲星核的密度高达1015/cm3，即1立方厘米这种物质有10亿吨，但是，它还是小于宇宙中新发现的天体“黑洞”．这样一来，密度“大王”的桂冠被“黑洞”戴上了。
地球上的氢气的密度值只有0.0009kg/m3，可否戴“小鬼”的帽子呢？不行！宇宙间有一种庞然大物叫“巨星”和“超巨星”，它的平均密度约为氢的17万分之一．而彗星几乎腹中无物，即使是比较密集的彗星头部，每立方厘米中的物质也不超过0.00000000001g，即 1.0×10-11g，然而星际间还有一种叫星际物质充满整个宇宙，体积大小与地球相仿的星际物质，其质量只不过有1～2kg，于是，“小鬼”的帽子便被星际物质乖乖地收下来了．
(选自《素质教育新教案》)
3.瑞利与氩的发现
1904年诺贝尔物理学奖授予英国物理学家瑞利勋爵（Lord Rayleigh， 1842—1919），以表彰他在研究一些气体的密度中发现了惰性气体氩（Ar）等重要成就。
瑞利原名约翰·威廉·斯特拉特（John William Strutt），尊称瑞利男爵三世（Third Baron Rayleigh），1842年11月12日出生于英国埃塞克斯郡莫尔登（Malden）的朗弗德林园。他的父亲是第二世男爵约翰·詹姆斯·斯特拉特，母亲叫克拉腊·伊丽莎白·拉图哲，是理查德·维卡斯海军上校的小女儿。
出身名望贵族的瑞利以严谨、广博、精深著称，并善于用简单的设备作实验而能获得十分精确的数据。气体密度测量本来是实验室中的一件常规工作，但是瑞利不放过常人不当回事的实验差异，终于作出了惊人的重大发现。这就是1892年瑞利从密度的测量中发现了第一个惰性气体——氩。
自从门捷列夫周期表提出以后，科学家对寻找新的元素以填补周期表上的空缺，表现出了很大的积极性。但是，人们没有想到，竟然在周期表上遗漏了整整一族性质特殊的惰性气体。
1882年，瑞利为了证实普劳特假说，曾经测过氢和氧的密度。经过十年长期的测定，他宣布氢和氧的原子量之比实际上不是1：16，而是1：15.882。他还测定了氮的密度，他发现从液态空气中分馏出来的氮，跟从亚硝酸铵中分离出来的氮，密度有微小的但却是不可忽略的偏差。从液态空气中分馏出来的氮，密度为1.2572 g/cm3，而用化学方法从亚硝酸铵直接得到的氮，密度却为 1.2505 g/cm3。两者数值相差千分之几，在小数点后第三位不相同。他认为，这一差异远远超出了实验误差范围，一定有尚未查清的因素在起作用。为此他先后提出过几种假说来解释造成这种不一致的原因。其中有一种是认为在大气中的氮还含有一种同素异形体，就像氧和臭氧那样，这种同素异形体混杂在大气氮之中，而从化学方法所得应该就是纯净的氮。两者密度之差说明这种未知的成分具有更大的密度。于是，瑞利仿照臭氧的化学符号O3，称之为N3。可是论文发表后没有引起人们的普遍注意，只有化学家拉姆赛（W.Ramsay）表示有兴趣和他合作进一步研究这一问题。拉姆赛重复了瑞利的实验，宣布证实了瑞利的结果，肯定有N3的存在。两位科学家在经过严密的研究后，于1894年确定所谓的N3并不是氮的同素异形体，而是一种特殊的，从未观察到的不活泼的单原子气体，其原子量为39.95，在大气中约含0.93％。他们取名为氩，其希腊文的原意是“不活泼”的意思。第一个惰性气体就这样被发现了。这种普遍存在的大气成分，存在于人类身边，多少科学家在分析空气时，都错过了发现的机会。瑞利之所以抓住了这个机会，应该说是他严谨的科学态度、认真的周密研究的结果，假如他把千分之几的偏差简单地归于实验误差，就会轻易地失之交臂。瑞利和拉姆赛发现氩的过程，历经了10年之久的平凡琐碎的化学实验工作，他们不惜付出巨大劳动，亲自动手，一丝不苟，才终于取得有历史意义的重大成果。
在发现氩之后，拉姆赛在瑞利的协助下又发现了氦，氪和氖。据说，拉姆赛在研究其它惰性气体时，曾将百余升的液态空气慢慢蒸发，逐步检查，才得以对空气的组成作出明确的判定。科学界对瑞利和拉姆赛的功绩作了充分的肯定，因此瑞利和拉姆赛在1904年分别被授予诺贝尔物理学奖和化学奖。