第4節跨學科實踐：制作簡易活塞式抽水機

教學目標

知識目標1.理解活塞式抽水機的工作原理。2.了解大氣壓強在活塞式抽水機中的應用。能力目標1.掌握簡易活塞式抽水機的制作方法。2.通過動手制作、測試與調整的過程,培養學生的實踐操作能力和解決問題的能力。素養目標激發學生對科學探索的興趣,培養其創新思維和環保意識和團隊合作精神,通過跨學科融合體驗知識的綜合運用。

教學重難點

教學重點活塞式抽水機的結構及工作原理。教學難點設計并完成制作一個簡易活塞式抽水機。

教學過程

一、新課導入在生產和生活中,人們常用抽水機將水從低處抽到高處。其中有一種活塞式抽水機,利用人力反復提壓手柄就可以抽水,你見過它嗎,你了解它的工作原理嗎,本節課我們一起認識一下活塞式抽水機,并親自設計制作一個簡易活塞式抽水機。二、教學步驟探究點1了解活塞式抽水機的結構及工作原理[閱讀課本]P56~57“1.了解活塞式抽水機的工作原理”[思考]你知道注射器是如何吸取藥液的嗎?[提示]注射器采用大氣壓強原理,注射器吸入藥液前,用力將活塞推至底部,排盡內部的空氣,然后注射器的針管伸入藥液,當活塞漸漸拉起時,活塞前端的壓強小于大氣壓,而藥液面的壓強等于大氣壓,在壓強差作用下藥液就被吸入注射器內。[思考]活塞式抽水機的結構有什么特點?[提示]見課本圖9.4?2,活塞式抽水機主要由圓筒、活塞、出水管和兩個閥門組成。其中,活塞和筒壁緊密接觸同時又可以上下移動,A、B是只能向上開啟的閥門。[思考]你知道活塞式抽水機是如何如何工作的嗎?[提示]使用時,若提起活塞,閥門A受到大氣壓的作用而關閉,活塞的下面空氣稀薄,氣壓小于外界的大氣壓。于是,低處的水受到大氣壓的作用推開閥門B進入圓筒(課本圖9.4?2甲);當壓下活塞時,閥門B被水壓下而關閉,水受阻不能向下流動,于是沖開閥門A進入圓筒的上部(課本圖9.4?2乙);再提起活塞時,活塞上面的水迫使閥門A關閉,水從水管流出。與此同時,低處的水又在大氣壓的作用下推開閥門B而進入圓筒(課本圖9.4?2丙)。這樣,活塞不停地上下移動,水就從管口連續不斷地流出。探究點2設計活塞式抽水機[閱讀課本]P57“2.設計活塞式抽水機”[思考]你是如何設計活塞式抽水機的?[提示]根據活塞式抽水機的工作原理,設計時需要考慮的主要問題有選材及制作過程,具體表現為如何選一個密封性好的圓筒?怎樣制作活塞?從哪兒進水,從哪兒出水,又該怎樣制作兩個閥門?……探究點3制作活塞式抽水機[閱讀課本]P57~58“3.制作活塞式抽水機”和“展示交流”[思考]活塞式抽水機的制作過程如何安排?[提示]1.材料準備:塑料瓶(建議選擇容量適中、質地較硬的瓶子)、刀片(或剪刀,確保鋒利且安全使用)、電鉆(或打孔器)、螺絲釘、螺母、塑料(或橡膠塞,作為活塞)、吸管(或細管,用于連接抽水機與水源)、水盆、水、尺子、筆、記錄本(用于測量和記錄數據)等。2.制作步驟(1)圓筒制作:將一個礦泉水瓶擰下瓶蓋,瓶口向下作為抽水機圓筒,用剪刀在距瓶底3cm左右的位置,將瓶剪成兩部分。在瓶底的中心鉆一個小孔,孔的大小應略大于自行車輻條的直徑,以便輻條能夠輕松穿行。(2)活塞制作:將另一個礦泉水瓶從瓶蓋向下至瓶肩3/4處,用剪刀剪下。在這個瓶蓋的中心鉆一個小孔,孔的大小應略小于自行車輻條的直徑,以便輻條能夠緊密穿過,瓶蓋和這部分瓶肩共同作為活塞,自行車輻條作為活塞桿,如圖甲。(3)活塞單向閥門制作:在作為活塞的瓶蓋內側,使用剪刀和打孔器制作單向閥門的出水口,在出水口處用膠帶貼合一片大小適中的塑料片作為單向閥門,以確保水流順暢而不倒流。(4)圓筒單向閥門制作:瓶蓋1個+1根寸釘,寸釘用熱熔膠固定在瓶蓋外中點處作為單向閥門,放在倒置作為圓筒的可樂瓶內部瓶口處作為圓筒單向閥門,如圖乙。確保其能夠隨著水流的方向自動開關。(5)安裝出水管:選擇一根吸管作為出水管,在圓筒距上端5cm的適當位置鉆一個孔,將出水管插入并用熱熔膠固定好,確保其不會漏水,如圖丙。(6)測試與調整:將整個裝置裝滿水,注意水位應低于出水口。上下移動活塞桿,觀察水是否能通過單向閥門被有效吸入并排出,如圖丁。特別注意檢查單向閥門的工作效果,確保水在活塞上升時能夠進入瓶內,而在活塞下降時不會回流。如果發現有漏水或回流現象,檢查各連接處的密封性和單向閥門的工作效果,并進行必要的調整。3.展示交流一旦測試成功,簡易活塞式抽水機就制作完成了。將抽水機的進水管插入盛水的大杯子中。觀察水被不斷抽出的過程,注意觀察活塞上下運動時,單向閥門的開啟和關閉情況。要能用大氣壓及氣體壓強隨體積變化的原理,向其他同學闡述設計的活塞式抽水機整個工作過程,并與大家的交流中總結制作過程中的經驗教訓,提出改進方案,反思跨學科實踐對個人知識結構和能力培養的作用。三、板書設計第4節跨學科實踐:制作簡易活塞式抽水機1.活塞式抽水機的結構2.活塞式抽水機的工作原理3.設計活塞式抽水機4.制作活塞式抽水機(1)材料準備(2)制作步驟(3)展示交流

教學反思

該跨學科實踐實際上是對大氣壓原