李佩寧

人類釀造葡萄酒的歷史悠久，在古代西方，葡萄酒是貴族的象征，到了現(xiàn)代，葡萄酒越來(lái)越普及，越來(lái)越多人能夠品酒和收藏葡萄酒。在葡萄酒的釀制過(guò)程中需要實(shí)時(shí)觀察糖度和酒精度的變化，以確保其口感，那么就要找到一種直觀的方式來(lái)監(jiān)測(cè)和控制液體的密度。啤酒的釀制也是同理。

在我國(guó)的百姓生活中也有類似的活動(dòng)。例如很多中國(guó)家庭中的老人會(huì)腌制咸鴨蛋。在整個(gè)腌制過(guò)程中，腌制咸鴨蛋的鹽水濃度是動(dòng)態(tài)變化的。用鹽量過(guò)高時(shí)，滲透壓大，鴨蛋水分流失快，味道過(guò)咸而口感不鮮；用鹽量低于7%時(shí)，雖然口感很嫩但防腐能力較差。總之，用鹽過(guò)多則有礙風(fēng)味，過(guò)少則不利于防腐。一旦腌咸了，則需要降低鹽水的鹽度，讓蛋內(nèi)的鹽分析出到水中。研究表明，腌制咸鴨蛋的鹽度一般在10%左右。怎樣保證腌制過(guò)程中鹽水的濃度平衡呢？還是需要監(jiān)測(cè)和控制液體的密度。

一、課程重點(diǎn)

為了能讓學(xué)生更好地理解浮力與密度的關(guān)系，對(duì)浮力和密度的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，需要用一些有趣而又精確的方式研究密度，嘗試在動(dòng)態(tài)中研究液體密度，并準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上掌握定量規(guī)律并利用規(guī)律制造精準(zhǔn)的量具。

【涉及領(lǐng)域】物理、數(shù)學(xué)、生物

【建議年級(jí)】小學(xué)高年級(jí)

【建議時(shí)間】100—110分鐘

二、課程任務(wù)

讓學(xué)生首先了解密度和鹽度的概念，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定鹽度和密度的關(guān)系，了解油和水的密度關(guān)系。在做完這些準(zhǔn)備后，各組設(shè)計(jì)制作一個(gè)測(cè)量液體密度的裝置，用于很方便快捷地測(cè)出油和不同濃度鹽水的密度。

三、課程步驟

1.導(dǎo)入（10分鐘）

第一步，為學(xué)生講死海的故事。兩千年前，羅馬統(tǒng)帥狄杜進(jìn)兵耶路撒冷，攻到死海岸邊，下令處決俘虜來(lái)的奴隸。奴隸們被投入死海，并沒(méi)有沉到水里淹死，卻被波浪送回岸邊。狄杜勃然大怒，再次下令將奴隸們?nèi)舆M(jìn)海里，但是奴隸們依舊安然無(wú)恙。狄杜大驚失色，以為奴隸們受神靈保佑，屢淹不死，只好下令將他們?nèi)酷尫?。?qǐng)學(xué)生思考：為什么奴隸們不會(huì)被淹死？真的有神靈保佑嗎？如何解釋這一現(xiàn)象？（人在死海里淹不死，是因?yàn)樗篮Ｖ兴拿芏缺热梭w的密度高，所以人沉不下去，自然淹不死。）

第二步，教師出示物質(zhì)的密度表（見(jiàn)表1），并進(jìn)行初步講解。請(qǐng)各組學(xué)生討論：如果有一個(gè)水銀湖，湖上能建起亭臺(tái)樓閣嗎？人可以在上面走嗎？（大理石能夠漂在水銀面上。就連銅球、鐵彈，也能漂在水銀面上，宮殿、亭臺(tái)、樓閣、曲橋、長(zhǎng)廊建設(shè)在一個(gè)裝著水銀的湖中，它們都能安然地漂在水銀面上，人走在上面，自然也不會(huì)沉下去。）

2.認(rèn)識(shí)密度背后的科學(xué)與數(shù)學(xué)（20分鐘）

第一步，帶領(lǐng)學(xué)生了解密度計(jì)算公式與計(jì)算方法。密度=質(zhì)量/體積，密度的國(guó)際單位是千克/立方米，這個(gè)單位意味著1立方米的不同物質(zhì)的質(zhì)量不同，即物質(zhì)的密實(shí)程度不同。同時(shí)，這個(gè)公式表明：同體積的不同液體，質(zhì)量越大，密度越大；同質(zhì)量的不同液體，體積越小，密度越大。

第二步，教師出示常見(jiàn)液體的密度數(shù)據(jù)表（見(jiàn)表2），小組討論數(shù)據(jù)代表的含義。

然后，讓學(xué)生們根據(jù)表2計(jì)算：一瓶礦泉水（550毫升，等于0.00055立方米）分別裝入上述液體，質(zhì)量為多少？可以選擇4種液體計(jì)算一下，并填寫工作單1（見(jiàn)圖1）。

3.實(shí)驗(yàn)任務(wù)（20分鐘）

教師出示工作單2，要求學(xué)生測(cè)定并記錄幾種液體的密度數(shù)據(jù)。學(xué)生可以按附表選擇3個(gè)濃度配置食鹽水，濃度要有顯著差異。學(xué)生需要記錄不同濃度食鹽水的質(zhì)量與體積數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)質(zhì)量與體積的測(cè)定，并計(jì)算食鹽水的濃度，將其填入工作單2（見(jiàn)圖2）。

4.宣布量具制作任務(wù)及評(píng)價(jià)量規(guī)（30分鐘）

【宣布任務(wù)】如何迅速確定液體的密度？請(qǐng)各小組設(shè)計(jì)制作一種簡(jiǎn)易的便攜裝置（量具）來(lái)測(cè)量不同濃度食鹽水的密度，量具最好帶有數(shù)字標(biāo)定。宣布任務(wù)后展示評(píng)價(jià)量規(guī)（見(jiàn)表3）。各組學(xué)生討論并設(shè)計(jì)，在課程結(jié)束時(shí)，用表演或講解的形式向全班進(jìn)行展示。

【材料】空塑料藥瓶、黏土、紙杯、透明長(zhǎng)吸管、細(xì)繩、毛根、熱熔膠槍、食鹽、水、量桶、天平、紙條

要求學(xué)生在設(shè)計(jì)前思考以下問(wèn)題。

（1）簡(jiǎn)易和便攜意味著什么？（意味著最好可以隨身攜帶，其次是在實(shí)驗(yàn)室中使用。）

（2）結(jié)果直觀是什么意思？（最好不必計(jì)算即可看到數(shù)據(jù)，其次是只要1步即可算出數(shù)據(jù)。）

（3）河水是淡水，海水可以看作鹽水，二者的密度存在差異。如果一艘萬(wàn)噸巨輪從河中駛?cè)氪蠛＃菚?huì)沉下去一點(diǎn)呢，還是會(huì)浮起來(lái)一點(diǎn)？

（4）大家還記得浮力的原理嗎？物體漂浮在液體上時(shí)，物體所受的浮力和物體的重力相等，而所受浮力等于它排開(kāi)的液體所受到的重力，這樣解釋你有答案了嗎？上面這個(gè)現(xiàn)象我們能利用嗎？如何利用？

5.總結(jié)和反思（20分鐘）

總結(jié)與反思可在學(xué)生展示后進(jìn)行，也可以同學(xué)生的展示共同進(jìn)行，反思應(yīng)包括以下問(wèn)題。

（1）你們組在解決問(wèn)題過(guò)程中誰(shuí)的貢獻(xiàn)最大，為什么？

（2）你們組成功完成了任務(wù)，能詳細(xì)介紹一下設(shè)計(jì)原理么？

（3）你們組有沒(méi)有從其他組借鑒一些做法，借鑒了什么？為什么？

（4）你們組設(shè)計(jì)的裝置可以如何修改或優(yōu)化？

（5）你們組沒(méi)有完成挑戰(zhàn)的原因是什么？如果讓你們?cè)僮鲆淮?，?huì)有哪些改變？

（6）如前所述，監(jiān)測(cè)和控制液體的密度可以保證腌制咸鴨蛋過(guò)程中鹽水的濃度平衡，那么你今天設(shè)計(jì)制作的量具能夠幫助完成腌制咸鴨蛋這個(gè)工作嗎？

附表1 20℃食鹽水溶液的密度表

（責(zé)任編輯 張慧籽）endprint