第2节 跨学科实践：制作简易杆秤（导学案）物理新教材人教版八年级下册

第2节 跨学科实践：制作简易杆秤（导学案） 【学习目标】 物理观念：了解杆秤的结构，知道杆秤的测量原理是基于杠杆平衡条件。能运用杠杆平衡条件分析杆秤称量物体质量的过程。 科学思维：经历从天平到杆秤的思维演变过程，发展模型建构和推理能力。能通过设计、制作、调试、优化的完整流程，提升解决工程实践问题的系统性思维。 科学探究：通过设计与制作简易杆秤的实践活动，发展动手操作能力、合作交流能力以及发现问题并自主解决问题的能力。能完成作品的测试与评估。 科学态度与责任：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，增强民族自豪感和文化自信。养成乐于实践、敢于创新的科学态度。 【学习重点】 1、 杆秤测量原理的理解； 2、 简易杆秤的设计与制作过程。 【学习难点】 1、 杆秤刻度原理的理解与标定； 2、 在制作过程中根据实际问题进行调试与优化。 【自主预习】《第2节 跨学科实践：制作简易杆秤》，并完成以下问题： 学习本节课需要用到的核心知识（杠杆复习）： 1、杠杆平衡条件： 动力 × 动力臂 = 阻力 × 阻力臂（公式：F₁L₁ = F₂L₂）。 2、杠杆分类：当动力臂 大于 阻力臂时，是 省力 杠杆。 本节课你将完成的项目任务（实践目标）： 1、项目产出：以小组为单位，设计并制作一杆能实际称量物体的简易杆秤。 2、核心原理：理解杆秤是利用 杠杆平衡条件 工作的，通过 改变力臂 来实现用小秤砣称量大质量物体。 3、关键步骤：学会确定 “定盘星”（零刻度） 和 标定其他质量刻度 的方法。 【探究新知】 第一部分：项目提出——从天平到杆秤 1、问题思考：天平是等臂杠杆，用它称量一袋大米（比如5kg）很不方便，因为需要准备 总质量为5kg 的砝码。 2、智慧启发：我国有句谚语“秤砣虽小压千斤”，它启发我们，可以通过改变 力臂的长短 ，让一个质量较小的秤砣与质量大得多的物体平衡。 3、认识新工具：杆秤就是利用这个原理制成的衡器。观察教材图12.2-1，杆秤主要由 秤杆、提纽、秤盘 和 秤砣 四部分组成。 第二部分：项目分析——杆秤如何工作？ 1、建立模型：将杆秤抽象成一个杠杆模型。 1　 支点(O)：提纽 所在的位置。 2　 动力(F₁)：秤砣 所受的重力。 3　 阻力(F₂)：被称物体 所受的重力 + 秤盘 所受的重力。 4　 根据杠杆平衡条件，平衡时有：G砣 × l砣 = (G物 + G盘) × l盘。（l砣是秤砣到提纽的距离，l盘是秤盘到提纽的距离） 2、原理分析： 1　 当被称物体质量增大（G物增大）时，为了保持平衡，秤砣需要向 远离提纽 （选填“靠近”或“远离”）的方向移动，即增大 l砣。 2　 因为G砣和G盘是固定的，所以物体的质量m物与秤砣移动的距离l砣成 正比 。因此，杆秤的刻度线是 均匀 （选填“均匀”或“不均匀”）分布的。 第三部分：项目实施——设计制作的关键问题 阅读教材“项目实施”部分，思考并尝试回答以下问题，为课堂制作做准备。 材料选择（我的初步想法）： 我计划（或我们小组讨论）用以下材料制作： 1　 秤杆：__________（例如：筷子、细木棒） 2　 秤盘：__________（例如：塑料瓶盖、小纸杯） 3　 秤砣：__________（例如：大螺母、锁具、钩码） 4　 其他：细线、胶带等。 结构设计： 1　 提纽应该固定在秤杆上大约哪个区域？__________（例如：靠近秤盘一端） 2　 为什么这样设计？__________（提示：考虑称量范围和使用方便） 刻度标定（核心难点）： 1　 如何确定“定盘星”（零刻度线）？ 答：手提提纽，秤盘内不放物体，调节秤砣的位置，使秤杆在 水平 位置平衡。此时秤砣悬挂点所在的位置就是 零刻度线，也叫“定盘星”。 2　 如何标出“100g”的刻度线？ 答：在秤盘内放入一个 质量为100g的已知物体（如砝码），再次调节秤砣位置使秤杆水平平衡，此时秤砣悬挂点就是 100g 刻度线位置。 如何标出1g，2g，3g……99g这些刻度？ 答：用 刻度尺 测量出“0”点和“100g”点之间的距离，然后将这段距离 平均分成100等份，每一小格就代表1g。这种方法叫 等分刻度法。 第四部分：我的疑问与准备 预习疑问：在预习了本项目的流程后，你有什么疑问？ 合作准备：你认为在小组合作制作杆秤的过程中，最重要的是什么？（如：明确分工、耐心调试、记录数据、安全操作等） 【教师寄语】 同学们，这不是一次简单的手工课，而是一次充满智慧的工程挑战！我们将化身“古代工程师”，运用杠杆原理，亲手创造测量质量的工具。请带着你的设计方案和思考走进课堂，让我们在合作与创造中，体验“秤砣虽小压千斤”的物理奥秘 【课堂总结】 【课内知识通关练】 1．1、如图所示，杆秤秤砣的质量为0.1kg，杆秤的质量忽略不计。若杆秤水平静止时，被测物和秤砣到秤纽的距离分别为0.05m、0.2m，则被测物的质量为 kg。若秤砣有缺损时，则杆秤所示的质量值 被测物的真实质量值（选填“小于”“等于”或“大于”）。 【答案】 0.4 大于 【详解】[1]该杆秤可以看做是杠杆，支点为提纽，根据杠杆平衡条件可得G砣L1=G物L2，即 m砣gL1=m物gL2 带入数值可得 0.1kg×10N/kg×0.2m=m物×10N/kg×0.05m 解得m物=0.4kg。 [2]根据m砣gL1=m物gL2可知，若秤砣有缺损时，m砣减小，在m物、L2不变时，L1变大，即杆秤所示的质量值大于被测物的真实质量值。 2、杆秤曾是主要的度量工具，同时它还承载着公平公正的象征意义。某科技小组的同学用轻质细杆制作了一个杆秤，如图所示，AB=5cm，AD=55cm，秤砣的质量为0.5kg。使用时将货物挂在秤钩上，用手提起B处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置，当秤杆水平平衡时，可读出货物的质量。秤砣最远可移至D 点。秤杆和秤钩的质量忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．杆秤的实质是省力杠杆 B．杆秤D 点应标定出刻度值为5.5kg C．如果要增大杆秤的量程可将提纽B向A点移动 D．如果秤砣磨损一部分，用它称得的物体质量小于物体的实际质量 【答案】C 【详解】A．由图可知，B点是支点，杠杆水平平衡时，动力臂和阻力臂分别为BC和AB，若BC大于AB，则为省力杠杆，若BC小于AB则为费力杠杆，故A错误； B．根据杠杆平衡可得 G×AB=G砣×BD 故 故杆秤D点应标定出刻度值为5kg，故B错误； C．根据杠杆平衡可得 m砣一定，如果要增大杆秤的量程，应增大BD，同时减小AB，故可将提纽B向A点移动，故C正确； D．当秤砣磨损后，自身质量变小，重力就变小，由于物体的重力和力臂不变，则秤砣对应的力臂就必须变长，才能使杠杆平衡，所以显示的示数就要变大，所以用它称得的物体质量大于物体的实际质量，故D错误。 故选C。 3、立夏时节，有地方的民俗是给小孩称体重。如图所示，小孩和篮子的总质量为15kg，使用O点的提纽称量，调整秤砣的位置，使杆秤在水平位置平衡（忽略绳重和杆重），此时OA=4cm，OC=12cm，下列说法错误的是（    ） A．该秤砣的质量为5kg B．若秤砣上沾有泥土，则称量结果偏小 C．若使用B点的提纽称量，杆秤的量程变大 D．若小孩的质量增加，则秤砣向C点右侧移动可以使杆秤在水平位置平衡 【答案】C 【详解】A．根据杠杆的平衡条件可得 则 该秤砣的质量为 故A正确，不符合题意； B．根据杠杆的平衡条件可得 若秤砣上沾有泥土，秤砣实际质量变大，则OC变小，称量结果偏小，故B正确，不符合题意； C．根据杠杆的平衡条件可得 若使用B点的提扭称量，由于杆秤的长度是一定的，根据杠杆的平衡条件，则杆秤的量程会变小，故C错误，符合题意； D．根据杠杆的平衡条件可得 若小孩的质量增加，则应将秤砣向C点右侧移动，增大其力臂，可以使杆秤在水平位置平衡，故D正确，不符合题意。 故选C。 1 / 1 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 $ 第2节 跨学科实践：制作简易杆秤（导学案） 【学习目标】 物理观念：了解杆秤的结构，知道杆秤的测量原理是基于杠杆平衡条件。能运用杠杆平衡条件分析杆秤称量物体质量的过程。 科学思维：经历从天平到杆秤的思维演变过程，发展模型建构和推理能力。能通过设计、制作、调试、优化的完整流程，提升解决工程实践问题的系统性思维。 科学探究：通过设计与制作简易杆秤的实践活动，发展动手操作能力、合作交流能力以及发现问题并自主解决问题的能力。能完成作品的测试与评估。 科学态度与责任：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，增强民族自豪感和文化自信。养成乐于实践、敢于创新的科学态度。 【学习重点】 1、 杆秤测量原理的理解； 2、 简易杆秤的设计与制作过程。 【学习难点】 1、 杆秤刻度原理的理解与标定； 2、 在制作过程中根据实际问题进行调试与优化。 【自主预习】《第2节 跨学科实践：制作简易杆秤》，并完成以下问题： 学习本节课需要用到的核心知识（杠杆复习）： 1、杠杆平衡条件： 2、杠杆分类：当动力臂   阻力臂时，是  杠杆。 本节课你将完成的项目任务（实践目标）： 1、项目产出：以小组为单位，设计并制作一杆能实际称量物体的简易杆秤。 2、核心原理：理解杆秤是利用 工作的，通过 来实现用小秤砣称量大质量物体。 3、关键步骤：学会确定 “定盘星”（零刻度） 和 标定其他质量刻度 的方法。 【探究新知】 第一部分：项目提出——从天平到杆秤 1、问题思考：天平是等臂杠杆，用它称量一袋大米（比如5kg）很不方便，因为需要准备 的砝码。 2、智慧启发：我国有句谚语“秤砣虽小压千斤”，它启发我们，可以通过改变 ，让一个质量较小的秤砣与质量大得多的物体平衡。 3、认识新工具：杆秤就是利用这个原理制成的衡器。观察教材图12.2-1，杆秤主要由 和 四部分组成。 第二部分：项目分析——杆秤如何工作？ 1、建立模型：将杆秤抽象成一个杠杆模型。 1　 支点(O)： 所在的位置。 2　 动力(F₁)： 所受的重力。 3　 阻力(F₂)： 所受的重力 + 所受的重力。 4　 根据杠杆平衡条件，平衡时有： 。（l砣是秤砣到提纽的距离，l盘是秤盘到提纽的距离） 2、原理分析： 1　 当被称物体质量增大（G物增大）时，为了保持平衡，秤砣需要向 （选填“靠近”或“远离”）的方向移动，即增大 。 2　 因为G砣和G盘是固定的，所以物体的质量m物与秤砣移动的距离l砣成 。因此，杆秤的刻度线是 （选填“均匀”或“不均匀”）分布的。 第三部分：项目实施——设计制作的关键问题 阅读教材“项目实施”部分，思考并尝试回答以下问题，为课堂制作做准备。 材料选择（我的初步想法）： 我计划（或我们小组讨论）用以下材料制作： 1　 秤杆：__________（例如：筷子、细木棒） 2　 秤盘：__________（例如：塑料瓶盖、小纸杯） 3　 秤砣：__________（例如：大螺母、锁具、钩码） 4　 其他：细线、胶带等。 结构设计： 1　 提纽应该固定在秤杆上大约哪个区域？__________（例如：靠近秤盘一端） 2　 为什么这样设计？__________（提示：考虑称量范围和使用方便） 刻度标定（核心难点）： 如何确定“定盘星”（零刻度线）？ 答： 如何标出“100g”的刻度线？ 答： 如何标出1g，2g，3g……99g这些刻度？ 答： 第四部分：我的疑问与准备 预习疑问：在预习了本项目的流程后，你有什么疑问？ 合作准备：你认为在小组合作制作杆秤的过程中，最重要的是什么？（如：明确分工、耐心调试、记录数据、安全操作等） 【教师寄语】 同学们，这不是一次简单的手工课，而是一次充满智慧的工程挑战！我们将化身“古代工程师”，运用杠杆原理，亲手创造测量质量的工具。请带着你的设计方案和思考走进课堂，让我们在合作与创造中，体验“秤砣虽小压千斤”的物理奥秘 【课堂总结】 【课内知识通关练】 1．1、如图所示，杆秤秤砣的质量为0.1kg，杆秤的质量忽略不计。若杆秤水平静止时，被测物和秤砣到秤纽的距离分别为0.05m、0.2m，则被测物的质量为 kg。若秤砣有缺损时，则杆秤所示的质量值 被测物的真实质量值（选填“小于”“等于”或“大于”）。 2、杆秤曾是主要的度量工具，同时它还承载着公平公正的象征意义。某科技小组的同学用轻质细杆制作了一个杆秤，如图所示，AB=5cm，AD=55cm，秤砣的质量为0.5kg。使用时将货物挂在秤钩上，用手提起B处的秤纽，移动秤砣在秤杆上的位置，当秤杆水平平衡时，可读出货物的质量。秤砣最远可移至D 点。秤杆和秤钩的质量忽略不计。下列说法正确的是（　　） A．杆秤的实质是省力杠杆 B．杆秤D 点应标定出刻度值为5.5kg C．如果要增大杆秤的量程可将提纽B向A点移动 D．如果秤砣磨损一部分，用它称得的物体质量小于物体的实际质量 3、立夏时节，有地方的民俗是给小孩称体重。如图所示，小孩和篮子的总质量为15kg，使用O点的提纽称量，调整秤砣的位置，使杆秤在水平位置平衡（忽略绳重和杆重），此时OA=4cm，OC=12cm，下列说法错误的是（    ） A．该秤砣的质量为5kg B．若秤砣上沾有泥土，则称量结果偏小 C．若使用B点的提纽称量，杆秤的量程变大 D．若小孩的质量增加，则秤砣向C点右侧移动可以使杆秤在水平位置平衡 1 / 1 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 $