12.2 跨学科实践：制作简易杆秤（教学设计）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（人教版2024）

12.2 跨学科实践：制作简易杆秤（教学设计） 年级 八年级 授课时间 课题 12.2 跨学科实践：制作简易杆秤 教学 目标 1. 了解杆秤的结构，知道杆秤的测量原理，会用杆秤称量物体的质量。 2. 通过简易杆秤的设计与制作实践活动，了解从天平到杆秤的思维演变过程，发展科学思维。 3. 经历设计和制作简易杆秤的实践过程，发展创新能力、动手实践能力、交流合作能力以及发现问题并自主解决问题的能力。 4. 通过对我国古代杆秤文化的了解，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用，增强文化自信。 教材 分析 课程标准要求了解我国古代的技术应用案例，体会我国古代科技对人类文明发展的促进作用。杠杆在我国古代应用非常广泛，杆秤就是其中重要的代表之一。直至今日，杆秤仍然在某些场合使用。本节内容安排在“杠杆”之后，它是前面所学杠杆原理的综合应用，学生通过设计制作简易杆秤的跨学科实践活动，可以加深对杠杆平衡条件的理解，发展创新思维能力、运用知识解决实际问题的能力，进而体验和感悟中华民族的智慧与创造，增强民族自豪感。 本节可依据教材编排，按照项目提出、项目分析、项目实施和展示交流的顺序展开，重点是动手制作简易杆秤。本节建议教学时间1课时，但课前要安排预习和自主搜集、准备材料及工具的时间，让学生提前了解本节实践活动内容，并在教师的指导下提前准备好制作简易杆秤的材料和工具。课前还可以组织学生建立几个学习小组，以学习小组为单位展开项目学习和评比，培养学生的团队意识，激发学习热情，增强学生的集体荣誉感。 学情分析 1. 知识基础：学生在之前的学习中，已经掌握了杠杆的基本概念、杠杆平衡条件等知识，这为理解杆秤的工作原理和制作杆秤提供了理论支撑。但对于将杠杆原理具体应用到杆秤制作中，以及如何准确标注刻度等知识，还需要进一步深入学习和实践操作。 2. 能力水平：八年级学生已经具备一定的观察、分析和动手能力，但在综合运用多学科知识解决实际问题方面还存在不足，需要教师引导和启发。在制作杆秤过程中，学生可能在材料选择、部件组装精度、刻度计算等方面遇到困难，需要教师给予针对性指导。 3. 学习特点：学生对物理实验和实践活动充满兴趣，喜欢亲自动手操作，但在实验过程中可能会出现粗心大意、急于求成等问题，需要教师培养学生严谨认真的科学态度。 教学重点 动手制作简易杆秤。 教学难点 运用杠杆平衡原理分析杆秤的工作过程和刻度标注的原理。 教学 器材 一根长度约为40 cm的木制筷子，一个小盆，一个20 g钩码，一个100 g砝码，细线若干，一把刻度尺，一支记号笔等。 教学过程 教师活动 学生活动 学习新课、制作简易杆秤 一、项目提出 【提出问题】天平可以称量物体的质量。天平是等臂杠杆，物体的质量多大就要用相同质量的砝码，所以砝码质量的大小限制了称量物体质量的大小。 不知道你想过没有，要使用天平称量质量较大的物体（比如100 kg的物体），你觉得能否实现？应该如何改进？ 能不能通过改变等臂杠杆的结构，使小质量的砝码与质量较大的物体平衡，从而用小质量的砝码测量较大的物体质量？ 【分析】回忆在学习杠杆时，物理老师利用一个小小的弹簧测力计，就测出了一头大象的质量。实际上，这就包含了杆秤的原理。 【总结】根据杠杆的平衡条件，可以通过增大砝码一侧力臂的长度和减小物体一侧力臂长度的方法，使小质量的砝码与质量较大的物体平衡，这就是杆秤的原理。 杆秤是中国最古老也是现今人们仍然在使用的衡量工具，亦是中华文化符号的代表之一。学习了杠杆平衡条件的知识，你也能制作一个简易杆秤。 【播放视频】——《中国杆秤》 二、项目分析 【提出问题】杆秤由哪几部分组成的？说出各部分名称。杆秤的测量原理是什么？刻度原理是什么？ 【在学生交流讨论的基础上归纳】 1. 杆秤的组成 由带有秤星的秤杆、秤砣（砝码）、秤盘、提纽等组成。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，根据挂绳所处的位置就可以读出被称物体的质量。 2. 杆秤的原理 杆秤的制作基于杠杆原理：动力×动力臂=阻力×阻力臂，F1l1＝F2l2。 （1）推导杆秤的原理：在杆秤中，提纽O为支点，被测物的重力F2为阻力，秤砣的重力F1为动力，通过调整秤砣的位置使秤杆保持水平平衡，从而便可以测量出物体的质量。（忽略秤杆和秤盘的重力） F1l1＝F2l2，G砣l1＝G物l2，m砣gl1＝m物gl2，m砣l1＝m物l2。 物体的质量： （2）杆秤的刻度原理：如图所示，O为支点，C为秤盘，A为定盘星（0刻度线位置），B为秤杆和秤盘的整体重心位置。 当杆秤空盘水平平衡时： G砣lOA＝G秤lOB　……① 当秤盘装一重物，秤砣移到D处，秤杆水平平衡时： G砣lOD＝G物lOC＋G秤lOB ……② 由①②式得：G物lOC=G砣lAD 即m物lOC＝m砣lAD 根据m物lOC＝m砣lAD可知，因为m砣与lOC为定值，所以m物与lAD成正比，说明杆秤的刻度是均匀的。根据此原理，可以确定杆秤的分度值，并画出刻度线。 3. 设计简易杆秤。 （1）制作简易杆秤需要哪些材料和工具？用什么做秤杆、秤盘？用什么做秤砣？还需要哪些材料和工具？ （2）提纽和秤盘应分别固定在秤杆上大约哪个位置？秤砣应挂在哪里？ （3）如何确定杆秤的零刻度线位置？其他刻度线如何标注？…… 【分析归纳】 （1）制作简易杆秤需要的材料和工具： ①木质秤杆：木材需经过阴干处理，以减少水分含量，提高稳定性和耐久性。也可以使用长筷子、粗细均匀的长木棍。 ②秤砣：石头、20 g钩码、螺母等重物，重量可根据需要调整。 ③秤盘：蛋糕纸盘、盖子、小塑料筐、小盆等。 ④砝码：用于校准杆秤的准确性。砝码的质量应准确无误，以便在制作过程中调整秤砣的位置和质量。 ⑤其他辅助材料：如线绳等，用于系秤盘、秤砣和提纽。 提示：选用秤杆材料时不需要考虑自重；秤砣的形状对杠杆平衡没有影响。 参考：下面是一个小组制作简易杆秤选用的材料和工具。 一根长度约为40 cm的木制筷子，一个小盆，一个20 g钩码，一个100 g砝码，细线若干，一把刻度尺，一支记号笔等。 （2）确定提纽、秤盘和秤砣的位置 提纽和秤盘应分别固定在秤杆上大约哪个位置？秤砣应挂在哪里？画出自己小组设计的草图。 秤盘应固定在秤杆上比较粗的一端，提纽应在秤盘的稍近处。 （3）如何确定杆秤的零刻度线位置？其他刻度线如何标注？ ①理解杆秤零刻度的含义：所称质量为0、秤杆水平平衡时秤砣悬挂的位置即为杆秤的零刻度（也就是定盘星）。 ②确定杆秤零刻度线的方法：秤盘内不放物体，使秤杆水平平衡，把秤砣在秤杆上悬挂的位置标为零刻度线（图中O点）。 ③标注其他刻度线的方法 在秤盘内放置已知质量的物体（如50g砝码），秤杆水平平衡时，把秤砣在秤杆上悬挂的位置标上对应的质量就可以了（图中C点）。 用长刻度尺测量秤杆的纸带上零刻度线和50 g质量刻度线之间的距离，并在它们平分n等份，就得出每一格表示的质量数。 再将秤杆的纸带上没有标记刻度的部分画上相同距离的刻度线，做好标记。 三、项目实施 1. 制作秤杆 在筷子的粗端刻一个槽a，在距离槽a稍近处再刻一个槽b。把小盆挂在槽a处作为秤盘，在槽b处系一根细线作为提纽。 2. 制作秤盘 用胶带在塑料筒盖底部固定一个金属螺母（增加塑料筒盖的质量），用锥子在塑料筒盖边沿上间隔相同的距离钻三个小孔。再取三根长度相同一端打结的细绳，分别穿过三个小孔后系在木杆（筷子）较粗的一端，秤盘就做好了。 3. 装提纽和秤砣 在木杆侧面贴上单面胶纸带，在靠近秤盘处适当的位置绑一根细绳作为提纽。在铁锁上系一根细绳作为秤砣，在细绳上端做一个绳套，使其能套在木杆上左右移动。 4. 标记零刻度线（定盘星O的位置） 挂上秤砣，手提提纽，调节秤砣悬挂的位置和提纽到秤盘的距离，使秤杆水平平衡时秤盘和秤砣分别在提纽的两侧，此时秤砣悬挂的位置就是杆秤零刻度线的位置（实际是定盘星O的位置）。 用笔在秤杆的纸带上做好零刻度线的标记，并在秤盘和提纽上的细绳与秤杆连接处涂上速干胶水固定。 5. 标记其他刻度线 在秤盘中放入50 g砝码，调节秤砣悬挂的位置使秤杆水平平衡。此时秤砣在秤杆上悬挂的位置即为50 g质量刻度线的位置，用笔在秤杆的纸带上做好标记。 用长刻度尺测量秤杆的纸带上零刻度线和50 g质量刻度线之间的距离，并在它们之间均匀地画上24条刻度线，每一格就表示2g。再将秤杆的纸带上没有标记刻度的部分画上相同距离的刻度线，做好标记。 四、展示交流 用制作好的杆秤称量一些物体的质量，再与用天平称量的结果进行比较。 【提问】比一比谁制作的杆秤称量最准确。 1. 怎样提高称量的精确度？ 2. 能否把你制作的杆秤进行优化，制作一个可以称量更大质量的杆秤吗？ 【分析】 1. 提高杆秤称量精确度的方法 提高杆秤称量精确度，指在测量的质量不变时，应使刻度间的距离大些，即力臂l1变大。如图所示，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2可知：当F2、l2不变时，使用重力较小的秤砣，可以使l1增大。当F1、F2不变时，增大提钮到秤盘之间的距离l2，也可以使l1增大。提高杆秤称量精确度的方法有： 【总结】 （1）使用重力较小的秤砣；（2）增大提钮到秤盘之间的距离。 注意：因杆秤长度有限，移动提钮后，在精度增加的同时测量范围会变小。 2. 增大杆秤量程的方法 增大杆秤的量程，指杆秤能够称量质量更大的物体，即F2最大。如图所示，由杠杆的平衡条件F1l1＝F2l2可知：当l2、l1不变时，使用重力较大的秤砣，可以使F2增大。当F1、l1不变时，减小提钮到秤盘之间的距离l2，也可以使F2增大。 【总结】增大杆秤量程的方法： （1）增加秤砣的重力；（2）减小提钮到秤盘之间的距离；（3）增加秤杆长度。 注意：更改砝码、更改提钮位置、更改杆秤长度后，都需要重新确定定盘星的位置。 思考问题，回忆杠杆的平衡条件，引出课题。 观看视频，了解我国的杆秤文化和发展历史。 说出杆秤的组成。 根据情况，与老师一起进行推导，知道杆秤的测量原理与刻度原理。 以小组为单位思考、讨论3个关键问题，经小组讨论，形成初步的设计方案。 会选择材料。 会确定提纽、秤盘和秤砣的位置。 会确定杆秤的零刻度线位置；会标注其他刻度线。 学生通过小组分工与合作，动手实践操作。 制作完成后，在秤盘上贴上标签，标注该简易杆秤的最大称量值、称量的精度以 及计量单位。 各小组展示制作好的简易杆秤，介绍制作过程、遇到的问题及解决方法。 从材料是否易得、组装制作的方便性、称量的准确性、耐用性等方面对自制杆秤进行评价。各小组相互评价，提出改进建议。 同时根据2个问题，分析并提出优化方案。 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1. 我国古代《墨经》最早记述了秤的杠杆原理，如图所示，“权”“重”对应物理学中的力，“标”“本”对应物理学中的________；当“重”增大时，应把“权”向______（选填“A”或“O”）移动，才能平衡；若将提纽O向B端移动一些，杆秤测量范围变______（选填“大”或“小”）。 【答案】力臂，A，大。 【解析】根据杠杆的五要素并结合图可知，“标”“本”表示力臂。 根据杠杆平衡条件可知，在“权”和“本”不变时，“重”增大，需要增大“标”，即把“权”向A端适当移动。 将提纽O向B端移动一些，“标”增大，则“权”和“标”的乘积增大，而“本”变小，由杠杆平衡可知“重”增大，即杆秤测量范围增大。 2. 我们在农贸市场、中药房还能看见杆秤，俗话说“秤砣虽小压千斤”，由此学习小组开展有关杆秤的项目式学习。 【项目任务】制作简易杆秤 【产品制作】 （1）如图甲，用木棒作为秤杆，用细线系一个20g的钩码作为秤砣，把空小盆挂在A点作为秤盘，在B点挂粗绳作为提钮，则 点相当于支点； （2）调节秤砣位置使杆秤水平平衡，标记此时细线的位置，则该位置对应的质量刻度值为 g； （3）在秤盘中逐个添加50g的砝码，当杆秤水平平衡时，记录细线的位置、标记相应的质量，再测出细线距离B点的长度（如下表），根据表中数据，应将250g的刻度值标记在距离B点 cm处； 托盘中砝码总质量/g 50 100 150 200 距离B点的长度/cm 6 11 16 21 【产品使用】 （4）在称重过程中，若杆秤左低右高，如图乙，要将杆秤调至水平平衡，秤砣应往 （选填“左”或“右”）侧移动； （5）为了增大杆秤的量程，你的方法是： （写一种即可）。 【答案】 B 0 26 右 见解析 【详解】（1）由题意可知，木棒可绕B点转动，所以B点是支点。 （2）此时秤盘中没有放物体，所以此时调节杆秤水平平衡，消除杆秤自重和秤盘质量的影响，则该位置对应的质量刻度值为0g。 （3）因为杆秤的刻度是均匀的，由表中数据可知，当托盘中砝码总质量为50g时，距离B点的长度是6cm；当托盘中砝码总质量为100g时，距离B点的长度是11cm；则测两次砝码时，秤杆刻度的距离是11cm-6cm=5cm，0刻度位置距B点6cm-5cm=1cm。 这样可得出，当砝码的质量每增加50g时，秤杆上的刻度增加5cm，所以当托盘中砝码总质量为250g时，秤杆上的刻度增加25cm，距离B点的长度为26cm。 （4）在称重过程中，若杆秤左低右高，说明杆秤左端重，要将杆秤调至水平平衡，应将秤砣向远离支点的方向移动，即将秤砣向右移动。 （5）为了增大杆秤的量程，即增大被测量物体的质量，根据杠杆平衡条件可知，动力增大，动力臂不变，则应增大阻力或增大阻力臂，即增加秤砣的质量或让提钮B靠近A点、缩短AB的距离、更换更长的木棍等。 3．我国民俗活动丰富多彩，在立夏时节，有的地方会给孩子称体重，俗称“立夏秤人”。如图所示，小孩和篮子的总质量为10kg，使杆秤处于水平平衡状态（忽略绳重和杆重），此时 OA＝3cm，OB＝10cm（g取10N/kg） （1）请你写出一个增大杆秤最大称量值的有效措施。 （2）该秤砣的质量是多少？ （3）若所称小孩和篮子的总质量为18kg，当杆秤水平平衡后，O点到B点的距离是多少？ 【答案】（1）增大秤砣的质量；（2）3kg；（3）18cm 【详解】（1）杆秤实质上就是一个杠杆，要增大杆秤的最大称量值，在物体端的力臂和秤砣端的最大力臂一定时，即增大秤砣的质量来增大杆秤的最大称量值；也可以在物体端力臂和秤砣质量一定时，即增大秤砣端的力臂、减小物体端的力臂来增大最大称量值，如将O点左移。 （2）小孩和篮子的总质量为10kg，调整秤砣的位置，此时OA＝3cm，根据杠杆的平衡条件和G＝mg可得： m总g×OA＝m砣g×OB 即10kg×3cm＝m砣×10cm 解得，该秤砣的质量m砣＝3kg （3）当所称小孩和篮子的总质量为18kg，杆秤水平平衡后 m总′g×OA＝m砣g×OB′ 即18kg×3cm＝3kg×OB′ 解得，O点到B点的距离OB′＝18cm　 4. 杆秤是我国古老且至今仍在使用的一种衡量工具，如图的杆秤可视为杠杆，提钮处为支点O，若不计其自重，当在挂钩悬挂被称物体后处于平衡状态，已知CO2厘米，OD20厘米，秤砣的重力为10牛，求： （1）被称物体的重力； （2）若这杆秤所能测物体的最大重力为200牛，求OB的长度。   【答案】（1）100N；（2）40cm 【详解】（1）由杠杆平衡条件可知G物体OC=G秤砣OD 即 G物体×2cm=10N×2cm 解得G物体=100N （2）由杠杆平衡条件可知G最大OC=G秤砣OB 即 200N×2cm=10N×OB OB=4cm 答：（1）被称物体的重力为100N；（2）OB的长度为40cm。 板 书 设 计 第2节 跨学科实践：制作简易杆秤 一、项目提出：制作一个简易杆秤。 二、项目分析 ①应该选择什么材料? ②提纽和秤盘的位置如何确定? ③如何确定杆秤的零刻度位置及各刻度线? 三、项目实施 ①制作秤杆；②制作秤盘；③装提纽和秤砣。④标记零刻度线（定盘星的位置）及其他刻度线。 四、展示交流 ①检验杆秤；②测量物体质量；③提高精度，增大量程等。 课 堂 小 结 第2节 跨学科实践：制作简易杆秤 作 业 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$