初中物理人教版（2024）八年級下冊（2024）第十二章簡單機(jī)械第2節(jié) 跨學(xué)科實踐：制作簡易桿秤一等獎教學(xué)課件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

物理觀念:在制作簡易桿秤的過程中,加深對杠桿五要素的理解,知道“小小秤砣壓千斤”的道理:了解簡易桿秤的原理和使用方法?？茖W(xué)思維:學(xué)生通過運(yùn)用杠桿平衡條件推導(dǎo)驗證桿秤的刻度是均勻的?？茖W(xué)探究:利用杠桿的平衡條件制作簡易桿秤,使用簡易桿秤稱量不同物體的質(zhì)量?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任:能夠客觀評價自己的作品以及自己在制作簡易桿秤過程中的表現(xiàn),并進(jìn)行思考和改進(jìn):通過制作桿秤了解中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化,以及古代科技文明的發(fā)展,增強(qiáng)文化自信和民族自豪感
1. 了解桿秤的結(jié)構(gòu)，知道桿秤的測量原理，會用桿秤稱量物體的質(zhì)量。2. 通過簡易桿秤的設(shè)計與制作實踐活動，了解從天平到桿秤的思維演變過程，發(fā)展科學(xué)思維。3. 經(jīng)歷設(shè)計和制作簡易桿秤的實踐過程，發(fā)展創(chuàng)新能力、動手實踐能力、交流合作能力以及發(fā)現(xiàn)問題并自主解決問題的能力。4. 通過對我國古代桿秤文化的了解，體會我國古代科技對人類文明發(fā)展的促進(jìn)作用，增強(qiáng)文化自信。
我們的周圍有各種各樣的機(jī)械：提升重物的起重機(jī)，代步的自行車，計時的鐘表……現(xiàn)在，機(jī)械更進(jìn)入了太空。在中國空間站上工作的機(jī)械臂可以組合使用，完成各種復(fù)雜的任務(wù)。
各種各樣的機(jī)械展現(xiàn)了人類的智慧。有的機(jī)械簡單，有的機(jī)械復(fù)雜。不管機(jī)械多么復(fù)雜，都可以從中找到構(gòu)成它們的基本元素——桿、輪、鏈條等。本章我們就從最簡單的機(jī)械入手，了解它們?nèi)绾问谷粘Ｉ詈凸ぷ鞲憷?、更有效?br/>第2節(jié) 跨學(xué)科實踐：制作簡易桿秤
問題：天平可以稱量物體的質(zhì)量。天平是等臂杠桿，物體的質(zhì)量多大就要用相同質(zhì)量的砝碼，所以砝碼質(zhì)量的大小限制了稱量物體質(zhì)量的大小。
不知道你想過沒有，要使用天平稱量質(zhì)量較大的物體（比如100 kg的物體），你覺得能否實現(xiàn)？應(yīng)該如何改進(jìn)？能不能通過改變等臂杠桿的結(jié)構(gòu)，使小質(zhì)量的砝碼與質(zhì)量較大的物體平衡，從而用小質(zhì)量的砝碼測量較大的物體質(zhì)量？
根據(jù)杠桿的平衡條件，可以通過增大砝碼一側(cè)力臂的長度和減小物體一側(cè)力臂長度的方法，使小質(zhì)量的砝碼與質(zhì)量較大的物體平衡，這就是桿秤的原理。
回憶在學(xué)習(xí)杠桿時，物理老師利用一個小小的彈簧測力計，就測出了一頭大象的質(zhì)量。實際上，這就包含了桿秤的原理。
桿秤是中國最古老也是現(xiàn)今人們?nèi)匀辉谑褂玫暮饬抗ぞ?，亦是中華文化符號的代表之一。學(xué)習(xí)了杠桿平衡條件的知識，你也能制作一個簡易桿秤。
【提出問題】1. 桿秤由哪幾部分組成的？說出各部分名稱。2. 桿秤的測量原理是什么？3. 刻度原理是什么？
1. 桿秤的組成由帶有秤星的秤桿、秤砣（砝碼）、秤盤、提紐等組成。稱量時將被稱物體放在秤盤中，移動系秤砣的掛繩使秤桿水平平衡，根據(jù)掛繩所處的位置就可以讀出被稱物體的質(zhì)量。
2. 桿秤的原理桿秤的制作基于杠桿原理：動力×動力臂=阻力×阻力臂，F(xiàn)1l1＝F2l2。（1）推導(dǎo)桿秤的原理（忽略秤桿和秤盤的重力）：在桿秤中，提紐O為支點(diǎn)，被測物的重力F2為阻力，秤砣的重力F1為動力，通過調(diào)整秤砣的位置使秤桿保持水平平衡，從而便可以測量出物體的質(zhì)量。
F1l1＝F2l2， G砣l1＝G物l2，m砣gl1＝m物gl2，m砣l1＝m物l2
（2）桿秤的刻度原理：如圖所示，O為支點(diǎn)，C為秤盤，A為定盤星（0刻度線位置），B為秤桿和秤盤的整體重心位置。當(dāng)桿秤空盤水平平衡時： G砣lOA＝G秤lOB　……①
當(dāng)秤盤裝一重物，秤砣移到D處，秤桿水平平衡時： G砣lOD＝G物lOC＋G秤lOB ……②
G砣lOA＝G秤lOB　 …… ①G砣lOD＝G物lOC＋G秤lOB …… ②
由①②式得：______________ 　根據(jù)m物lOC＝m砣lAD可知，因為m砣與lOC為定值，所以m物與lAD成正比，說明桿秤的刻度是均勻的。根據(jù)此原理，可以確定桿秤的分度值，并畫出刻度線。
G物lOC=G砣lAD m物lOC＝m砣lAD
小組為單位思考、討論幾個關(guān)鍵問題：（1）制作簡易桿秤需要哪些材料和工具？用什么做秤桿、秤盤？用什么做秤砣？還需要哪些材料和工具？（2）提紐和秤盤應(yīng)分別固定在秤桿上大約哪個位置？秤砣應(yīng)掛在哪里？（3）如何確定桿秤的零刻度線位置？其他刻度線如何標(biāo)注？……經(jīng)小組討論，形成初步的設(shè)計方案。
（1）制作簡易桿秤需要的材料和工具：①木質(zhì)秤桿：木材需經(jīng)過陰干處理，以減少水分含量，提高穩(wěn)定性和耐久性。也可以使用長筷子、粗細(xì)均勻的長木棍。②秤砣：石頭、20 g鉤碼、螺母等重物，重量可根據(jù)需要調(diào)整。③秤盤：蛋糕紙盤、蓋子、小塑料筐、小盆等。④砝碼：用于校準(zhǔn)桿秤的準(zhǔn)確性。砝碼的質(zhì)量應(yīng)準(zhǔn)確無誤，以便在制作過程中調(diào)整秤砣的位置和質(zhì)量。⑤其他輔助材料：如線繩等，用于系秤盤、秤砣和提紐。
參考：下面是一個小組制作簡易桿秤選用的材料和工具。一根長度約為40 cm的木制筷子，一個小盆，一個20 g鉤碼，一個100 g砝碼，細(xì)線若干，一把刻度尺，一支記號筆等。
選用秤桿材料時　 ?。ㄟx填“不需要”或“需要”）考慮自重；秤砣的形狀對杠桿平衡　　（選填“有”或“沒有”）影響。
（2）確定提紐、秤盤和秤砣的位置提紐和秤盤應(yīng)分別固定在秤桿上大約哪個位置？秤砣應(yīng)掛在哪里？畫出自己小組設(shè)計的草圖。如圖所示，秤盤應(yīng)固定在秤桿上比較粗的一端，提紐應(yīng)在秤盤的稍近處。畫出自己小組設(shè)計的草圖。
（3）如何確定桿秤的零刻度線位置？其他刻度線如何標(biāo)注？
①理解桿秤零刻度的含義：所稱質(zhì)量為0、秤桿水平平衡時秤砣懸掛的位置即為桿秤的零刻度（也就是定盤星）。②確定桿秤零刻度線的方法：秤盤內(nèi)不放物體，使秤桿水平平衡，把秤砣在秤桿上懸掛的位置標(biāo)為零刻度線（圖中O點(diǎn)）。
③標(biāo)注其他刻度線的方法在秤盤內(nèi)放置已知質(zhì)量的物體（如50g砝碼），秤桿水平平衡時，把秤砣在秤桿上懸掛的位置標(biāo)上對應(yīng)的質(zhì)量就可以了（圖中C點(diǎn)）。
用長刻度尺測量秤桿的紙帶上零刻度線和50 g質(zhì)量刻度線之間的距離，并在它們平分n等份，就得出每一格表示的質(zhì)量數(shù)。再將秤桿的紙帶上沒有標(biāo)記刻度的部分畫上相同距離的刻度線，做好標(biāo)記。
1. 制作秤桿在筷子的粗端刻一個槽a，在距離槽a稍近處再刻一個槽b。把小盆掛在槽a處作為秤盤，在槽b處系一根細(xì)線作為提紐。
2. 制作秤盤用膠帶在塑料筒蓋底部固定一個金屬螺母（增加塑料筒蓋的質(zhì)量），用錐子在塑料筒蓋邊沿上間隔相同的距離鉆三個小孔。再取三根長度相同一端打結(jié)的細(xì)繩，分別穿過三個小孔后系在木桿（筷子）較粗的一端，秤盤就做好了。
3. 裝提紐和秤砣在木桿側(cè)面貼上單面膠紙帶，在靠近秤盤處適當(dāng)?shù)奈恢媒壱桓?xì)繩作為提紐。在鐵鎖上系一根細(xì)繩作為秤砣，在細(xì)繩上端做一個繩套，使其能套在木桿上左右移動。
4. 標(biāo)記零刻度線（定盤星O的位置）掛上秤砣，手提提紐，調(diào)節(jié)秤砣懸掛的位置和提紐到秤盤的距離，使秤桿水平平衡時秤盤和秤砣分別在提紐的兩側(cè)，此時秤砣懸掛的位置就是桿秤零刻度線的位置（實際是定盤星O的位置）。用筆在秤桿的紙帶上做好零刻度線的標(biāo)記，并在秤盤和提紐上的細(xì)繩與秤桿連接處涂上速干膠水固定。
5. 標(biāo)記其他刻度線在秤盤中放入50 g砝碼，調(diào)節(jié)秤砣懸掛的位置使秤桿水平平衡。此時秤砣在秤桿上懸掛的位置即為50 g質(zhì)量刻度線的位置，用筆在秤桿的紙帶上做好標(biāo)記。
用長刻度尺測量秤桿的紙帶上零刻度線和50 g質(zhì)量刻度線之間的距離，并在它們之間均勻地畫上24條刻度線，每一格就表示2g。
再將秤桿的紙帶上沒有標(biāo)記刻度的部分畫上相同距離的刻度線，做好標(biāo)記。
用制作好的桿秤稱量一些物體的質(zhì)量，再與用天平稱量的結(jié)果進(jìn)行比較。
比一比誰制作的桿秤稱量最準(zhǔn)確。想一想：1. 怎樣提高稱量的精確度？2. 能否把你制作的桿秤進(jìn)行優(yōu)化，制作一個可以稱量更大質(zhì)量的桿秤嗎？試試看。
1. 提高桿秤稱量精確度的方法
提高桿秤稱量精確度，指在測量的質(zhì)量不變時，應(yīng)使刻度間的距離大些，即力臂l1變大。如圖所示，由杠桿的平衡條件F1l1＝F2l2可知：當(dāng)F2、l2不變時，使用重力較小的秤砣，可以使l1增大。當(dāng)F1、F2不變時，增大提鈕到秤盤之間的距離l2，也可以使l1增大。
2. 增大桿秤量程的方法
增大桿秤的量程，指桿秤能夠稱量質(zhì)量更大的物體，即F2最大。如圖所示，由杠桿的平衡條件F1l1＝F2l2可知：當(dāng)l2、l1不變時，使用重力較大的秤砣，可以使F2增大。當(dāng)F1、l1不變時，減小提鈕到秤盤之間的距離l2，也可以使F2增大。
制作一個簡易桿秤。①應(yīng)該選擇什么材料?②提紐和秤盤的位置如何確定?③如何確定桿秤的零刻度位置及各刻度線?①制作秤桿；②制作秤盤；③裝提紐和秤砣。④標(biāo)記零刻度線（定盤星的位置）及其他刻度線。①檢驗桿秤；②測量物體質(zhì)量；③提高精度，增大量程等。
1. 我國古代《墨經(jīng)》最早記述了秤的杠桿原理，如圖所示，“權(quán)”“重”對應(yīng)物理學(xué)中的力，“標(biāo)”“本”對應(yīng)物理學(xué)中的________；當(dāng)“重”增大時，應(yīng)把“權(quán)”向______（選填“A”或“O”）移動，才能平衡；若將提紐O向B端移動一些，桿秤測量范圍變______（選填“大”或“小”）。
根據(jù)杠桿的五要素并結(jié)合圖可知，“標(biāo)”“本”表示力臂。根據(jù)杠桿平衡條件可知，在“權(quán)”和“本”不變時，“重”增大，需要增大“標(biāo)”，即把“權(quán)”向A端適當(dāng)移動。將提紐O向B端移動一些，“標(biāo)”增大，則“權(quán)”和“標(biāo)”的乘積增大，而“本”變小，由杠桿平衡可知“重”增大，即桿秤測量范圍增大。
【產(chǎn)品制作】（1）如圖甲，用木棒作為秤桿，用細(xì)線系一個20g的鉤碼作為秤砣，把空小盆掛在A點(diǎn)作為秤盤，在B點(diǎn)掛粗繩作為提鈕，則_____點(diǎn)相當(dāng)于支點(diǎn)；（2）調(diào)節(jié)秤砣位置使桿秤水平平衡，標(biāo)記此時細(xì)線的位置，則該位置對應(yīng)的質(zhì)量刻度值為_____g；
2. 我們在農(nóng)貿(mào)市場、中藥房還能看見桿秤，俗話說“秤砣雖小壓千斤”，由此學(xué)習(xí)小組開展有關(guān)桿秤的項目式學(xué)習(xí)?！卷椖咳蝿?wù)】制作簡易桿秤
（3）在秤盤中逐個添加50g的砝碼，當(dāng)桿秤水平平衡時，記錄細(xì)線的位置、標(biāo)記相應(yīng)的質(zhì)量，再測出細(xì)線距離B點(diǎn)的長度（如下表），根據(jù)表中數(shù)據(jù)，應(yīng)將250g的刻度值標(biāo)記在距離B點(diǎn)______ cm處；
【產(chǎn)品使用】（4）在稱重過程中，若桿秤左低右高，如圖乙，要將桿秤調(diào)至水平平衡，秤砣應(yīng)往______（選填“左”或“右”）側(cè)移動；（5）為了增大桿秤的量程，你的方法是：_____（寫一種即可）。
（1）由題意可知，木棒可繞B點(diǎn)轉(zhuǎn)動，所以B點(diǎn)是支點(diǎn)。（2）此時秤盤中沒有放物體，所以此時調(diào)節(jié)桿秤水平平衡，消除桿秤自重和秤盤質(zhì)量的影響，則該位置對應(yīng)的質(zhì)量刻度值為0g。（3）因桿秤的刻度是均勻的，由表中數(shù)據(jù)知，當(dāng)砝碼總質(zhì)量為50g時，距離B點(diǎn)的長度是6cm，當(dāng)托盤中砝碼總質(zhì)量為100g時，距離B點(diǎn)的長度是11cm，則兩次測量時，秤桿刻度間的距離是11cm-6cm=5cm，0刻度位置距離B點(diǎn)6cm-5cm=1cm。砝碼的質(zhì)量每增加50g，秤桿上的刻度增加5cm，所以當(dāng)托盤中砝碼總質(zhì)量為250g時，秤桿上的刻度增加25cm，距離B點(diǎn)的長度為26cm。（4）在稱重過程中，若桿秤左低右高，說明桿秤左端重，要將桿秤調(diào)至水平平衡，應(yīng)將秤砣向遠(yuǎn)離支點(diǎn)的方向移動，即將秤砣向右移動。（5）為了增大桿秤的量程，即增大被測量物體的質(zhì)量，根據(jù)杠桿平衡條件可知，動力增大，動力臂不變，則應(yīng)增大阻力或增大阻力臂，即增加秤砣的質(zhì)量或讓提鈕B靠近A點(diǎn)、縮短AB的距離、更換更長的木棍等。
3. 我國民俗活動豐富多彩，在立夏時節(jié)，有的地方會給孩子稱體重，俗稱“立夏秤人”。如圖所示，小孩和籃子的總質(zhì)量為10kg，使桿秤處于水平平衡狀態(tài)（忽略繩重和桿重），此時 OA＝3cm，OB＝10cm（g取10N/kg）。（1）請你寫出一個增大桿秤最大稱量值的有效措施。（2）該秤砣的質(zhì)量是多少？（3）若所稱小孩和籃子的總質(zhì)量為18kg，當(dāng)桿秤水平平衡后，O點(diǎn)到B點(diǎn)的距離是多少？
（1）桿秤實質(zhì)上就是一個杠桿，要增大桿秤的最大稱量值，在物體端的力臂和秤砣端的最大力臂一定時，即增大秤砣的質(zhì)量來增大桿秤的最大稱量值；也可以在物體端力臂和秤砣質(zhì)量一定時，即增大秤砣端的力臂、減小物體端的力臂來增大最大稱量值，如將O點(diǎn)左移。（2）小孩和籃子的總質(zhì)量為10kg，調(diào)整秤砣的位置，此時OA＝3cm，根據(jù)杠桿的平衡條件和G＝mg可得：m總g×OA＝m砣g×OB即 10kg×3cm＝m砣×10cm 解得，該秤砣的質(zhì)量 m砣＝3kg（3）當(dāng)所稱小孩和籃子的總質(zhì)量為18kg，桿秤水平平衡后m總′g×OA＝m砣g×OB′即18kg×3cm＝3kg×OB′解得，O點(diǎn)到B點(diǎn)的距離 OB′＝18cm
4. 桿秤是我國古老且至今仍在使用的一種衡量工具，如圖的桿秤可視為杠桿，提鈕處為支點(diǎn)O，若不計其自重，當(dāng)在掛鉤懸掛被稱物體后處于平衡狀態(tài)，已知CO??2厘米，OD??20厘米，秤砣的重力為10牛，求：（1）被稱物體的重力；（2）若這桿秤所能測物體的最大重力為200牛，求OB的長度。

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