12.2跨学科实践：制作简易杆秤 2024-2025学年人教版物理八年级下学期

第2节 跨学科实践：制作简易杆秤 第十二章 简单机械 感悟新知 一、项目提出 杆秤是中国最古老也是现今人们仍然在使用的称量工具，它是根据杠杆原理制造出来的，方便了人们买卖，映射出中国古代劳动人民的聪明才智，具有悠久的历史特征。学习了杠杆平衡条件的知识，你也能制作一个简易杆秤。 感悟新知 方法点拨 将杆秤抽象为杠杆。这种将具体事物抽象为物理模型的方法称之为模型法。 感悟新知 二、项目分析 (1) 杆秤结构(如图1)：杆秤是由带有秤星的秤杆、秤砣(砝码)、秤盘(秤钩)和提纽等组成的。 感悟新知 深度思考 杆秤水平平衡时哪些地方对应的是杠杆的支点、动力、动力臂、阻力及阻力臂？ 深度理解 如图1，若2 号提纽为支点，秤砣提绳对秤杆的拉力F1为动力，则2 号提纽到秤砣提绳的距离l1为动力臂，秤钩对秤杆的拉力F2 为阻力，从2 号提纽到秤钩的距离l2 为阻力臂。 感悟新知 (2)工作原理：杠杆平衡条件。 杆秤是一种杠杆，是杠杆平衡条件在生活中的应用。称量时将被称物体放在秤盘中，移动系秤砣的挂绳使秤杆水平平衡。根据平衡时挂绳所对应的秤杆上的星点，即可读出被称物体的质量。我们自制的简易杆秤也是根据此原理制作。 感悟新知 [中考·乐山] 从物理学角度来看，______(填“省力”或“费力”)杠杆因动力臂比阻力臂长，可以实现“四两拨千斤”。我国传统衡 器“杆秤”是一种杠杆，要使 如图2 所示的秤杆在水平方向平 衡，应将秤砣往______端移动。 例 1 省力 右 7 感悟新知 解析：称量时，若秤杆右端向上翘起，说明右边的力和力臂的乘积小于左边的力和力臂的乘积，而左边的力和力臂、右边的力一定，根据杠杆平衡条件可知，应该增大右边的力臂，即应将秤砣向右端移动。 点素养：本题通过一个简单的实例考查了杠杆的分类及 杆秤平衡的原理，体现了物理在生活中的应用。 8 感悟新知 1. 杆秤是中国古代的传统衡器，使用时可视为一个杠杆，把物品放入秤盘中，将秤砣拨至合适的位置使杆秤水平静止后，对应的刻度值即为物品的质量，如图所示。 9 感悟新知 下列各图能正确表示其工作原理的是(忽略秤杆自重)( ) C 10 感悟新知 三、项目实施 (1)选材料：如图3 所示，秤杆选用一根长度约为40 cm 的木制筷子(或细木杆)、秤盘选用一个小纸杯、秤砣选用一个20 g 钩码、被称物体选用 一个100 g 砝码、其他辅助工 具选用细绳、记号笔和刻度 尺等。 感悟新知 (2)制作步骤 ①做秤杆：选取一根筷子，在筷子的左端刻一个槽A，在距离槽A 稍近处再刻一个槽B。 ②挂秤盘：取一个小纸杯，剪去上部四分之三，在纸杯四周系上细绳，固定在秤杆的槽A 处作为秤盘。 ③系提纽：在秤杆的槽B 处系一根细绳作为提纽。 感悟新知 ④定盘星：将2 0 g 的钩码系上细绳制成秤砣，挂到提纽的右边，手提提纽，移动秤砣，使秤杆在水平位置处于平衡状态，用记号笔在秤砣所挂的位置标上“0”，此位置为秤的定盘星。 ⑤定刻度线：在秤盘中放上100 g 砝码，手提提纽，并调节秤砣的位置使秤杆水平平衡，此时，标记秤砣细绳在秤杆上的位置，并标记为100 g 。在定盘星0 到100 g 位置之间均匀地画上49 条刻度线，每一格表示2 g 。 感悟新知 特别提醒 同学们由于在制作的过程中往往忽略了杠杆自重对杠杆平衡的影响，因此对于本部分的问题分析，会停留在分析阻力时仅考虑秤砣挂绳对秤杆的力，而未考虑秤杆自重对秤杆水平平衡的影响。 感悟新知 四、展示交流 (1)成果展示：学生用自制杆秤称量一些质量未知的物品。 (2)交流评价 杆秤(图4 甲)是我国古老的测量工具，现今人们仍然在 使用，同学们动手制 作测量范围为0 ～ 20 g 的杆秤(图乙)。 感悟新知 深度思考 1 . 图甲中，杆秤有两个提纽，你认为使用哪一个提纽时的测量范围更大，其理由是什么？ 使用提纽2时杆秤的测量范围更大；理由：结合杠杆的平衡条件，由图4甲可知，使用提纽2，将秤砣置于最远处时，l2最小而l1最大，m砣一定，此时对应的m物最大，故其测量范围更大。 感悟新知 2. 图乙中秤杆上标“0”刻度线的目的是什么？悬挂的秤盘质量不同时，会不会影响“0”刻度线的位置？ 秤杆自身的重心不是位于B点，所以秤杆上需要标“0”刻度线，即秤砣在“0”点时与杆秤自重平衡；根据杠杆平衡原理，悬挂的秤盘质量不同时，会影响“0”刻度线的位置。 感悟新知 3 . 定刻度线时，小科和小思采用不同的方法：你认为按照谁的方法去做更合理，原因是什么？ 小科：先在秤盘上放1 g 的物体，移动秤砣，使秤杆在水平位置处于平衡状态，在秤砣所挂的位置标上1；然后在秤盘上放2 g 的物体……按上述方法直至标出所有刻度线； 小思：在秤盘上放2 0 g 砝码，移动秤砣，使秤杆在水平位置处于平衡状态，在秤砣所挂的位置标上2 0，将0 和20 之间均分为2 0 等份，依次标上相应刻度线对应的示数。 感悟新知 小思；根据杠杆平衡条件可知，所称物体的质量与秤砣挂线处到提纽处的距离成正比，故杆秤的刻度线是均匀分布的，定刻度线时，小科的方法比较麻烦，而小思的方法比较简单，更合理。 感悟新知 4. 若秤砣上粘上了一块橡皮泥，那么使用该杆秤，测量结果将怎样变化，原因是什么？ 偏小；原因：秤砣上粘上了一块橡皮泥，秤砣的质量增大，即F1 增大，根据杠杆平衡条件可知，在F2l2不变时若F1增大，则l1 变小，即测量值偏小。 感悟新知 [中考·重庆]同学们模仿中药房的戥秤制作杆秤，用筷 子做秤杆，用钩码做秤砣，用细线将秤盘系在A 点。当不挂秤砣、秤盘不放物体时，在O点提起提纽，秤杆水平平衡；当秤盘放100 g 物体、秤砣移到B 点时，秤杆 再次水平平衡，如图5 所示。 例2 感悟新知 在O到B 两条刻度线之间均匀地画上49 条刻度线。下列说法正确的是( ) A. 自制杆秤的每一格约表示2.08 g B. 称中药时B 端翘起应减少中药恢复水平平衡 C. 如果秤砣磨损则测量结果会比真实质量偏小 D. 若将提纽移到O点右侧可以增大杆秤的测量范围 感悟新知 解题秘方：根据杠杆平衡条件F1l1=F2l2 分析，秤杆水平平衡时，秤砣所在的位置对应的示数即物体的质量。 解析：从O 到B 点共5 0 个小格每一小格表示的质量为m0= =2 g，故A 错误；称中药时B 端翘起，秤杆不能水平平衡，说明中药的质量大于秤砣指示的示数，应减少中药使秤杆恢复水平平衡，故B 正确； 23 感悟新知 根据G=mg 和杠杆平衡条件可得m物g×OA=m砣g×OB，秤砣磨损了，OB 变大，则测量结果将偏大，故C 错误；若将提纽移到O 点右侧，测量物体的质量时，左边力臂变大，右边力臂变小，秤砣不变，则其测量范围变小，故D 错误。 答案：B 24 感悟新知 2.[衡水桃城区期末]杆秤是我国古代劳动人民智慧的结晶，是历史悠久的称重器具之一。如图是杆秤的结构示意图，秤盘上不放重物时，提起提纽，秤砣移至D处秤杆恰好可以水平平衡。 感悟新知 关于杆秤下列说法正确的是( ) A. 秤杆上的零刻度线就在提纽O处 B. 被称物体质量一定大于秤砣质量 C. 被称物体质量越大，秤砣离提纽越远 D. 若秤砣磕掉一块，被称物体的称量值比真实值小 C $$