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

教学评一体化课时备课模板 课题 跨学科实践：制作简易杆秤 课时 1 所在教材 人教版-八年级下册 课型 新授 学习目标 （一）物理观念 通过杆秤制作理解杠杆原理，建立"力臂×力=力矩平衡"的物理模型，认识杆秤作为等臂杠杆或省力杠杆的变式应用，强化对简单机械本质的理解。 （二）科学思维 系统建模：分析杆秤各部件（秤杆、秤砣、提纽、秤盘）的力学关系，建立杠杆平衡方程。 误差分析：探究秤砣质量偏差、秤杆形变对测量结果的影响，培养定量分析能力。 优化设计：通过调整提纽位置改变力臂比例，设计不同量程的杆秤，提升工程思维。 （三）科学探究 实验设计：通过"悬挂法"确定秤杆重心，设计校准方案验证杠杆平衡。 工具使用：掌握游标卡尺测力臂、天平测质量、砂纸打磨秤杆等实践技能。 数据记录：建立"力臂长度-秤砣质量-称量范围"数据表，绘制杠杆平衡曲线。 （四）科学态度与责任 体验"物勒工名"的工匠精神，培养严谨的计量态度。 通过杆秤校准实践，感悟"失之毫厘，谬以千里"的计量哲学。 对比电子秤与杆秤的优劣，理解技术迭代中的文化传承价值。 重难点 （一）重点突破 杠杆平衡原理应用：通过动态演示秤砣移动时力矩变化，建立"力×力臂=物重×物距"的数学模型。 误差控制技术：采用三点校准法（空载、半量程、满量程）消除系统误差，利用补偿砣微调平衡。 （二）难点化解 非标准杆秤设计：通过改变提纽位置实现不同量程，运用相似三角形原理计算新力臂长度。 秤杆形变补偿：采用预应力弯曲法处理秤杆，利用金属疲劳特性实现长期稳定性。 文化价值挖掘：对比古代戥秤与现代杆秤的刻度设计，解读"十六两制"中的进制文化。 教学环节 学习活动 新课教学 一、课程导入 同学们，在我们的日常生活中，常常能看到一些传统的工具，它们蕴含着古人的智慧。比如，在菜市场，我们会看到卖菜的叔叔阿姨用杆秤来称量蔬菜的重量。那小小的一根秤杆，加上一个秤砣，就能准确地知道物品的质量。大家有没有好奇过，这杆秤为什么能有这样的神奇功能呢？它背后又隐藏着怎样的科学奥秘？今天，我们就一起来探究杆秤的秘密，并且亲手制作一个简易杆秤。通过这节课的学习，大家不仅能深入理解物理知识，还能体验到动手制作的乐趣，提高解决实际问题的能力。 设计意图 从生活中常见的杆秤场景入手，通过提问激发学生的好奇心和求知欲，自然地引出本节课制作简易杆秤的主题，让学生意识到物理知识与生活紧密相连，提高学生对课程的兴趣和参与度。 二、杆秤的原理讲解 我们先来了解一下杆秤的原理。同学们回忆一下，上节课我们学习了杠杆的平衡条件，是什么呀？对，是动力×动力臂=阻力×阻力臂，用字母表示就是F1×L1=F2×L2。其实，杆秤就是利用了杠杆的平衡原理来工作的。在杆秤中，秤盘里放置的被称物体的重力相当于阻力F2，秤砣的重力相当于动力F1，提纽所在的位置就是支点。当我们移动秤砣，使杆秤平衡时，根据杠杆平衡条件，就可以通过秤砣的位置和已知的秤砣重力来计算出被称物体的重力，进而得到物体的质量。比如说，当我们把一个物体放在秤盘上，提起提纽，移动秤砣，直到杆秤在水平位置平衡。假设秤砣的重力为G砣，它到支点的距离（动力臂）为L1，物体的重力为G物，物体悬挂点（也就是秤盘悬挂点）到支点的距离（阻力臂）为L2，那么根据杠杆平衡条件G砣×L1=G物×L2。由于G=mg（m是质量，g是重力加速度，通常取9.8N/kg，在计算中为了方便，我们有时候取10N/kg），所以我们就可以算出物体的质量m物。 设计意图 复习杠杆平衡条件，自然地引出杆秤的工作原理，帮助学生建立知识之间的联系，理解杆秤这一实际工具背后的物理原理，为后续制作杆秤和理解其刻度等知识打下基础，同时培养学生运用已有知识解决新问题的能力。 三、杆秤的结构介绍 现在，我们来认识一下杆秤的结构。大家看老师手里的这把杆秤（展示实物杆秤），它主要由秤杆、秤砣、提纽和秤盘这几个部分组成。秤杆，就是这根长长的、带有刻度的硬棒，它是杠杆的主体部分。秤砣，就是这个小铁块，它的质量是固定的，通过在秤杆上移动来改变动力臂的长度。提纽，是我们手提的地方，它所在的位置就是杠杆的支点。秤盘，用来放置被称物体。大家仔细观察一下，杆秤上的刻度有什么特点呢？是不是从提纽附近开始，越往外刻度值越大呀。这是因为当我们称量更重的物体时，根据杠杆平衡条件，需要更大的动力臂，也就是要把秤砣往更远处移动，所以刻度值就越来越大。 设计意图 通过展示实物杆秤，让学生直观地认识杆秤的结构，结合对刻度特点的分析，进一步加深学生对杠杆平衡原理在杆秤中应用的理解，同时培养学生的观察能力。 四、制作简易杆秤前的准备讨论 接下来，我们就要开始制作简易杆秤啦。在动手之前，我们先来分组讨论一下，制作简易杆秤需要考虑哪些关键问题，以及我们手头有哪些合适的材料可以用。老师给大家准备了一些材料，有筷子、钩码、砝码、细线、小盆、剪刀、美工刀、工字钉、刻度尺、记号笔等。同学们想一想，这些材料分别可以用来制作杆秤的哪些部分呢？比如说，筷子是不是可以用来做秤杆呀？那秤砣用什么做比较合适呢？提纽和秤盘又该怎么制作？各小组开始讨论，5分钟后我们请小组代表来分享讨论结果。 设计意图 通过小组讨论，激发学生的思考和创新能力，让学生在讨论中明确制作简易杆秤的思路，学会根据现有材料进行合理选择和设计，同时培养学生的团队协作能力和交流表达能力。 五、小组讨论结果分享与总结 好，时间到。哪个小组先来分享一下你们的讨论结果？ （小组代表发言，分享关于材料选择和制作方法的讨论结果，教师适时点评和引导） 大家讨论得都很积极，也有很多不错的想法。老师来总结一下。首先，对于秤杆，我们选择粗细均匀的筷子比较合适，因为这样在确定刻度时会更方便。秤砣呢，我们可以用一个20g的钩码，用细线系好就可以了。提纽，在筷子距离一端稍近的地方，用细线系一圈作为提纽。秤盘，把小盆用细线挂在筷子的一端就可以。接下来，我们就要开始正式制作了。 设计意图 通过小组代表发言分享，展示学生的思维成果，促进小组间的交流和学习。教师总结，进一步明确制作的关键要点和方法，为学生的实际制作提供清晰的指导。 六、简易杆秤的制作步骤讲解 制作秤杆和安装提纽与秤盘：在筷子的一端刻一个槽A，这个槽用来挂秤盘。在距离槽A稍近处再刻一个槽B，在槽B处系一根细线作为提纽。把小盆用细线挂在槽A处，这样秤盘就安装好了。 确定零刻度线（定盘星）：用细线系好20g的钩码作为秤砣。提起提纽，调整秤砣的位置，当秤杆在水平位置平衡时，此时秤砣所在的位置就是秤的零刻度线，也叫定盘星。用记号笔标记好这个位置。这一步的原理是，当秤盘里不放物体时，杆秤只受到秤砣的重力和杆秤自身重力的作用，通过调整秤砣位置使杆秤平衡，这个平衡位置就是零刻度线。从杠杆平衡条件来看，此时秤砣的重力（作为动力）乘以它到支点（提纽处）的距离等于杆秤自身重力乘以杆秤重心到支点的距离。 确定其他刻度：在秤盘中放一个已知质量的砝码，比如100g砝码。手提提纽，调节秤砣的位置，使秤杆再次在水平位置平衡。标记此时秤砣细线在秤杆上的位置，并记为100g。然后，在零刻度线到这个100g刻度之间，用刻度尺均匀地划分出若干小格。比如，如果我们把这一段距离分成50格，那么每一格就表示2g。这样，我们的简易杆秤就基本制作完成了。大家想一想，为什么刻度是均匀划分的呢？根据杠杆平衡条件，当我们改变物体质量时，为了保持平衡，秤砣移动的距离与物体质量的变化是成比例的，所以刻度是均匀的。 设计意图 详细讲解制作步骤，让学生清楚每一步的操作方法和原理，尤其是零刻度线和其他刻度的确定方法及背后的物理原理，培养学生的动手实践能力和对物理原理的应用能力，让学生在制作过程中深入理解杠杆平衡条件在杆秤中的具体体现。 七、学生分组制作简易杆秤 现在，请各小组按照我们刚才讨论的方法和老师讲解的步骤，开始动手制作简易杆秤。在制作过程中，要注意安全，使用美工刀等工具时要小心。如果遇到问题，小组内先讨论解决办法，解决不了的可以举手问老师。制作完成后，我们会让每个小组展示你们的作品，并分享制作过程中的经验和遇到的问题。 设计意图 让学生亲自动手制作，在实践中加深对物理知识的理解和掌握，提高学生的动手能力、问题解决能力和团队协作能力，同时培养学生的成就感和自信心。 八、小组展示与交流 好，大部分小组都已经完成制作了。现在，每个小组派一名代表，拿着你们制作的简易杆秤到讲台前展示，并且分享一下你们在制作过程中的经验，比如有没有遇到什么困难，是怎么解决的。其他小组的同学要认真听，看看从他们的分享中能学到什么，也可以提出自己的疑问和建议。 （小组代表依次展示并分享，其他小组提问交流，教师适时引导和点评） 设计意图 通过小组展示与交流，为学生提供一个展示自我和相互学习的平台，培养学生的表达能力和批判性思维能力，促进学生之间的思想碰撞，进一步完善学生对制作简易杆秤的理解和认识，同时增强学生的团队荣誉感。 九、知识拓展与思考 同学们制作得都非常棒。现在，我们来思考一些拓展问题。如果我们想要增大杆秤的测量范围，可以怎么做呢？大家可以结合杠杆平衡条件来想一想。还有，如果我们在制作杆秤时，发现秤杆不是完全粗细均匀的，这会对杆秤的刻度有什么影响呢？我们又该如何去调整呢？各小组再讨论一下这两个问题。 设计意图 通过提出拓展问题，激发学生的深入思考，培养学生运用物理知识解决实际问题的能力和创新思维，让学生进一步深化对杠杆原理和杆秤制作的理解，提高学生对知识的综合运用能力。 十、课堂总结 这节课我们一起经历了一段非常有趣的探究之旅。我们从了解杆秤的原理和结构，到亲手制作简易杆秤，再到最后的展示交流和拓展思考。通过这一系列的活动，大家对杠杆的平衡条件有了更深入的理解，也提高了自己的动手能力和解决问题的能力。希望大家在课后，还能继续观察生活中的物理现象，看看还有哪些地方应用了杠杆原理，并且可以尝试对我们今天制作的简易杆秤进行改进和优化。 设计意图 对本节课的内容进行全面总结，梳理知识和活动过程，强化重点内容，让学生对本节课的学习有一个系统的回顾和认识，同时鼓励学生将物理学习延伸到课后生活中，培养学生持续学习物理的兴趣和习惯。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$