第2节 跨学科实践：制作简易杆秤（教学课件）（含交互动画）物理新教材人教版八年级下册

第十二章 简单机械 第2节 跨学科实践：制作简易杆秤 学习目标——物理学科素养 01 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。 02 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。 03 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。 04 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。 教学重难点 教学难点 教学重点 1、杆秤测量原理的理解； 2、简易杆秤的设计与制作过程。 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。 课堂引入 天平可以称量物体的质量。不知道你想过没有，要使用天平测量质量较大的物体（比如100 kg的物体），是不是很不方便? 思考： 项目提出，创设情境 “秤砣虽小压千斤”，这句谚语蕴含了什么物理道理？怎样才能用“小砣”压“千斤”？ 任务： 项目提出，创设情境 制作一把杆秤。 思考： 项目提出，创设情境 项目分析，探究原理 杆秤的组成——秤杆、提纽、秤盘（挂钩）、秤砣 认识： 项目分析，探究原理 提纽1 提纽2 秤砣 秤杆 秤盘（挂钩） 谁能把杆秤简化为一个杠杆模型？指出它的支点、动力、阻力分别是什么？ 思考： 项目分析，探究原理 支点：提纽； 动力：秤砣重力； 阻力：物体重力+秤盘重力 杠杆平衡条件：F1l1=F2l2,即m1gl1=m2gl2 原理： 项目分析，探究原理 O 问：根据杠杆平衡条件F₁L₁=F₂L₂，当秤盘里放的物体越重（F₂增大），要保持平衡，秤砣（F₁不变）应该向哪边移动？力臂L₁如何变化？（画出示意图，并标出杠杆五要素） 答：物体越重，秤砣需向右（远离提纽）移动，L₁需增大。 F2 F1 L1 L2 项目分析，探究原理 因为F₁（秤砣重）和F₂中的秤盘重是定值，物体重力G物与秤砣力臂L砣成正比：G物 ∝ L砣） 为什么杆秤的刻度是均匀的？ 原理： 项目分析，探究原理 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? …… 要制作杆秤，我们需要考虑哪些关键问题？ 提示： 项目实施，设计制作 项目实施，设计制作 各小组根据准备好的材料，讨论并确定设计方案。即用什么做秤杆、秤盘、秤砣？提纽大概固定在什么位置？ 设计方案 阶段一： 项目实施，设计制作 设计方案 阶段一： 材料及工具的选择 一个小盆 钩码 细线若干 记号笔 美工刀 锥子 一根长度约为40 cm的木制筷子 刻度尺 项目实施，设计制作 如何做秤杆？ 杆秤的核心是秤杆，秤杆材料必须用坚硬、不易弯曲变形的木材或其他材料制成。简易的杆秤称量的物体质量不大，可用筷子制作秤杆。 制作与调试 阶段一： 项目实施，设计制作 如何做托盘？ 我们可以使用不易破损的物体制成，如剪去一半的塑料瓶，或是轻质小盆。 如何做秤砣？ 使用10g的钩码或10g的物体来做秤砣。 制作与调试 阶段一： 项目实施，设计制作 如何“定盘星”（确定零刻度）:秤盘里不放物体时，如何让杆秤平衡？此时秤砣悬挂点在哪里？ 挂好秤砣，手提提纽，通过微调秤盘位置或提纽位置，使杆秤在空秤时水平平衡，标记此时秤砣位置为“0”。 制作与调试 阶段二： 项目实施，设计制作 如何标定刻度？ 在秤盘中放100 g砝码，手提提纽，并调节秤砣的位置使秤杆平衡。此时，标记秤砣细线在秤杆上的位置C，并记为100 g。在定盘星O到C之间均匀地画上49条刻度线（即50等分），每一格就表示2 g（或根据精度需求等分）。 制作与调试 阶段二： O 展示交流，评估优化 展示交流，评估优化 组织各小组用自制的杆秤称量几个未知物体（如橡皮、文具 盒等），并记录结果。 成果测试： 展示与评估： 邀请小组展示作品，并分享制作心得、遇到的问题及解决办法。 展示交流，评估优化 文化链接： 一把杆秤 拓展 （1）使用质量较小的秤砣：秤砣的质量对杆秤的精度有直接影响。秤砣的质量越小，杆秤的精度越高 （2）增大提钮到秤盘悬挂点之间的距离：秤盘悬挂点和提钮间的距离越大，物体重力和其力臂的乘积越大，刻度线间距越大，测量精度越高； …… 提高杆秤称量精度的方法： 拓展 （1）增加秤砣重量：通过增加秤砣的重量，同样的杆秤可以称量更大质量的物体，即扩大称重范围； （2）减小提钮到秤盘悬挂点之间的距离：减小支点到秤盘悬挂点的距离，重物的力臂减小，相同的秤砣就能提起更重的物体，可以增大杆秤的量程； （3）增加秤杆长度：通过增加秤杆的长度，可以增加动力臂长度，进而扩大称重范围。 增大杆秤的量程的方法： 课堂总结 一、杆秤原理（杠杆模型） 三、展示与思考 跨学科实践： 制作制作简易杆秤 二、制作关键步骤 支点(O)：提纽 动力(F₁)：秤砣重力 阻力(F₂)：物体重力 + 秤盘重力 平衡条件：G砣 × L砣 = (G物 + G盘) × L盘 刻度原理：G物 ∝ L砣 → 刻度均匀 1.设计选材：秤杆、秤盘、秤砣、提纽。 2.确定“定盘星”：空秤平衡 → 零刻度。 3.标定主刻度：加已知重物平衡 → 标记。 4.等分刻度：测量、等分、标记。 调试优化：增/减配重、调位置。 课内知识通关练 课内知识通关练 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”）。 【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。 考点：杆秤的原理 0.4 大于 课内知识通关练 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 考点：杆秤的原理 杆秤的制作 C 课内知识通关练 【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；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。 课内知识通关练 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 考点：杠杆平衡条件的应用 C 课内知识通关练 【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。 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听