11.2 跨学科实践：制作简易杆秤 2024-2025学年人教版物理八年级下册

11.2 跨学科实践：制作简易杆秤 2024-2025学年人教版物理八年级下册 教学目标 1. 了解杆秤的工作原理，掌握杠杆平衡条件在杆秤制作中的应用。 2. 能够运用所学材料学知识，选择合适的材料制作简易杆秤，并理解不同材料对杆秤性能的影响。 3. 通过实际制作过程，培养学生的动手能力、创新思维以及跨学科综合运用知识的能力。 4. 体会物理知识与生活实际的紧密联系，增强学生对物理学科的学习兴趣和实践意识。 教学重难点 【重点】 1. 深入理解杠杆平衡原理在杆秤设计与制作中的核心作用，明确各部件参数与秤量精度的关系。 2. 熟练掌握简易杆秤的制作步骤与方法，确保制作过程的科学性与规范性。 【难点】 1. 精准确定秤杆的长度、提纽位置以及秤砣质量等关键参数，以实现预期的秤量范围和精度要求。 2. 在制作过程中，巧妙解决可能出现的诸如重心不稳、刻度划分不准确等问题，保障杆秤的正常使用功能。 教学过程 一、新课导入 在古代，人们没有电子秤等现代称重工具，那他们是如何称量物品的呢？（引导学生思考并回答）没错，杆秤就是一种重要的传统称重工具。在市场上，我们偶尔还能看到一些商贩使用杆秤来称量货物。大家仔细观察过杆秤吗？它由秤杆、秤砣、提纽等部分组成。那为什么这样一个看似简单的工具能够准确地称量出物体的重量呢？今天，我们就一起来探究杆秤的奥秘，并亲手制作一个简易杆秤。 二、新课教学 知识点 1：杆秤的原理 同学们，我们先来回顾一下杠杆的知识。杠杆平衡的条件是什么呢？（鼓励学生回答）对，是动力×动力臂 = 阻力×阻力臂，用公式表示就是 F1L1 = F2L2。 那杆秤又是如何利用这个原理来称重的呢？我们来看，杆秤的秤杆可以看作是一个杠杆，秤砣的重力是动力 F1，被称物体的重力是阻力 F2。提纽到秤砣悬挂点的距离是动力臂 L1，提纽到物体悬挂点的距离是阻力臂 L2。当杆秤平衡时，根据杠杆平衡条件，我们就可以通过已知的秤砣质量和对应的力臂长度，求出被称物体的质量。 假设秤砣的质量为 m1，重力为 G1 = m1g（g 为重力加速度），被称物体的质量为 m2，重力为 G2 = m2g。在杆秤平衡时，G1L1 = G2L2，即 m1gL1 = m2gL2，所以 m2 = m1L1 / L2。 由此可见，只要确定了秤砣的质量和提纽的位置（也就是确定了 L1 和 L2 的比例关系），我们就可以通过移动秤砣在秤杆上的位置，使杆秤达到平衡，从而根据秤砣的位置读出被称物体的质量。 接下来，我们通过一个简单的实验来进一步理解杆秤的原理。我们找一根均匀的细木棒，用一根绳子系在木棒的某一点作为提纽，在木棒的一端悬挂一个已知质量的重物作为秤砣，在另一端悬挂不同质量的物体，通过调整秤砣的位置使木棒平衡，观察并记录秤砣的位置与被称物体质量之间的关系。 同学们在实验过程中要注意记录数据，思考以下问题：当被称物体质量增加时，秤砣的位置是如何变化的？为什么？通过这个实验，我们能更加直观地感受到杠杆平衡原理在杆秤中的应用。 知识点 2：制作简易杆秤的材料选择与准备 要制作一个简易杆秤，我们需要准备哪些材料呢？ 1. 首先是秤杆材料，我们可以选择一根质地均匀、粗细适中的木条或竹条。为什么要选择质地均匀的材料呢？因为只有这样，才能保证秤杆的重心在其几何中心附近，使杆秤在使用过程中更加稳定、准确。如果材料不均匀，就会导致重心偏移，影响测量精度。同学们想一想，如果秤杆的重心偏向一端，会对杆秤的使用产生什么影响呢？ 2. 秤砣可以用一个质量合适的螺母或其他小金属块来代替。在选择秤砣时，要考虑其质量与我们预期的秤量范围相匹配。如果秤砣质量过大，对于较轻的物体可能无法精确测量；如果秤砣质量过小，对于较重的物体则可能需要很长的秤杆才能实现测量，操作起来不方便。 3. 提纽可以用一段细铁丝或绳子制作。提纽的位置非常关键，它直接影响到杆秤的量程和精度。我们在后面的制作过程中会详细讲解如何确定提纽的位置。 4. 此外，还需要准备一些挂钩，用于悬挂秤砣和被称物体。挂钩要能够牢固地连接在秤杆上，并且在称重过程中不会晃动或脱落。 在准备材料时，同学们要仔细挑选，确保材料的质量和适用性。同时，要注意安全，避免在操作过程中受伤。 知识点 3：制作简易杆秤的步骤 1. 制作秤杆 （1）首先，将选好的木条或竹条进行加工处理。用砂纸将其表面打磨光滑，这样可以减少摩擦力，使秤砣在秤杆上移动更加顺畅。同时，要确保秤杆的长度和粗细符合我们的设计要求。一般来说，秤杆的长度越长，其量程就越大，但同时也会降低测量的精度；秤杆越粗，其强度就越高，但也会增加重量和制作难度。同学们可以根据自己的实际需要和材料情况，合理确定秤杆的尺寸。 （2）接下来，在秤杆上确定提纽的位置。这是制作杆秤的关键步骤之一。我们可以通过简单的实验来确定提纽的大致位置。首先，在秤杆的一端悬挂一个较重的物体，作为临时的秤砣，然后用手指或其他支撑物在秤杆下方不同位置托起秤杆，找到使秤杆能够大致平衡的点，这个点就是提纽的大致位置。然后，在这个位置上钻孔或用绳子缠绕，固定提纽。在确定提纽位置时，要反复试验和调整，确保其准确性。 2. 安装挂钩 （1）在秤杆的两端分别安装挂钩。挂钩要安装牢固，并且要保证在称重过程中被称物体和秤砣能够稳定地悬挂在秤杆上。可以使用胶水、钉子或其他固定方式将挂钩固定在秤杆上，但要注意不要损坏秤杆的结构。 3. 校准与刻度 （1）安装好挂钩后，我们需要对杆秤进行校准和刻度。首先，选择一个已知质量的标准物体，比如一个 100 克的砝码，将其悬挂在秤杆的一端。然后，移动秤砣的位置，使杆秤达到平衡。在秤砣所在的位置上标记一个刻度，表示这个刻度对应的质量是 100 克。 （2）接着，按照一定的质量间隔，如 50 克或 100 克，依次增加标准物体的质量，重复上述步骤，在秤杆上标记出相应的刻度。在刻度过程中，要注意刻度的均匀性和准确性。可以使用直尺或其他测量工具辅助刻度，确保相邻刻度之间的距离相等。 （3）为了提高杆秤的精度，我们还可以在秤杆上进行细分刻度。例如，在两个相邻的主刻度之间，可以再划分出若干个小刻度，每个小刻度表示一定的质量差值。这样，在称量较轻或质量要求较高的物体时，就能够更加精确地读数。 在整个制作过程中，同学们要认真细致，每一个步骤都要严格按照要求进行操作。如果遇到问题，要积极思考，尝试解决。同时，要注意团队合作，互相帮助，共同完成制作任务。 三、课堂小结 1. 我们今天学习了杆秤的工作原理，它是基于杠杆平衡条件 F1L1 = F2L2 来实现称重的。同学们要深刻理解这个原理，并且能够运用它来解释杆秤的工作过程。 2. 我们还详细了解了制作简易杆秤的材料选择和制作步骤。在材料选择方面，要注意秤杆材料的质地均匀性、秤砣质量的合适性以及提纽和挂钩的可靠性。在制作步骤上，包括制作秤杆、安装挂钩、校准与刻度等环节，每个环节都至关重要，直接影响到杆秤的性能和精度。 四、课堂训练 1. 有一根长为 1 米的均匀秤杆，其质量为 0.2 千克。若在秤杆的一端悬挂一个质量为 0.5 千克的秤砣，在距离秤砣悬挂点 0.3 米处提纽将秤杆吊起，当秤杆平衡时，求另一端能悬挂的最大物体质量。（g 取 10 牛/千克） （1）首先，我们要确定杠杆的各力臂长度。设另一端能悬挂的最大物体质量为 m 千克，物体重力为 G = mg。秤砣重力 G1 = m1g = 0.5×10 = 5 牛，秤杆重力 G2 = m2g = 0.2×10 = 2 牛。秤砣力臂 L1 = 0.3 米，秤杆重心在中点 0.5 米处，提纽到秤杆重心力臂 L2 = 0.5 - 0.3 = 0.2 米，物体力臂 L3 = 1 - 0.3 = 0.7 米。 （2）根据杠杆平衡条件 F1L1 = F2L2 + F3L3，可得 5×0.3 = 2×0.2 + m×10×0.7。 （3）解方程可得：1.5 = 0.4 + 7m，7m = 1.1，m = 0.157 千克。 2. 某同学制作了一个简易杆秤，在秤杆上标记刻度时，发现相邻两个刻度之间的距离不均匀，试分析可能的原因。 （1）可能的原因有：秤杆材料不均匀，导致重心不在几何中心，使得在不同位置悬挂相同质量物体时，杠杆平衡所需的力臂长度不一致，从而刻度不均匀；提纽位置确定不准确，影响了杠杆的力臂比例关系，进而导致刻度不均匀；在刻度过程中，测量或标记出现误差，也可能造成刻度不均匀。 3. 用自己制作的简易杆秤称量一个苹果，记录下苹果的质量，并与用电子秤称量的结果进行对比，分析误差产生的原因。 （1）同学们在完成称量后，要仔细分析误差原因。可能是制作过程中秤杆的精度不够，如刻度划分不准确、提纽位置偏差等；也可能是操作过程中存在的问题，如读数不准确、秤砣移动不顺畅等。通过对比和分析误差，同学们可以进一步改进自己的制作工艺和操作方法，提高杆秤的测量精度。 教学反思 本节课通过跨学科的实践活动，将物理知识与材料学、手工制作等相结合，让学生在制作简易杆秤的过程中深入理解杠杆平衡原理，并锻炼了学生的动手能力和综合运用知识的能力。在教学过程中，学生对杆秤的原理表现出了浓厚的兴趣，在制作环节也积极参与，但部分学生在确定提纽位置和刻度划分等关键步骤上遇到了一些困难，需要在今后的教学中加强指导和练习。同时，在材料准备方面，可以更加多样化，让学生有更多的选择和尝试，进一步激发学生的创新思维。此外，还可以增加一些拓展活动，如让学生探究不同形状和材料的秤砣对杆秤测量精度的影响，拓宽学生的知识面和探究能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$