初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第十二章 简单机械第2节 跨学科实践：制作简易杆秤一等奖教学课件ppt

这是一份初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第十二章 简单机械第2节 跨学科实践：制作简易杆秤一等奖教学课件ppt，文件包含接力版三上Revision1课件pptx、接力版三上Revision1单元教学设计docx等2份课件配套教学资源，其中PPT共60页， 欢迎下载使用。
物理观念:在制作简易杆秤的过程中,加深对杠杆五要素的理解,知道“小小秤砣压千斤”的道理:了解简易杆秤的原理和使用方法。科学思维:学生通过运用杠杆平衡条件推导验证杆秤的刻度是均匀的。科学探究:利用杠杆的平衡条件制作简易杆秤,使用简易杆秤称量不同物体的质量。科学态度与责任:能够客观评价自己的作品以及自己在制作简易杆秤过程中的表现,并进行思考和改进:通过制作杆秤了解中国优秀的传统文化,以及古代科技文明的发展,增强文化自信和民族自豪感
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。
我们的周围有各种各样的机械：提升重物的起重机，代步的自行车，计时的钟表……现在，机械更进入了太空。在中国空间站上工作的机械臂可以组合使用，完成各种复杂的任务。
各种各样的机械展现了人类的智慧。有的机械简单，有的机械复杂。不管机械多么复杂，都可以从中找到构成它们的基本元素——杆、轮、链条等。本章我们就从最简单的机械入手，了解它们如何使日常生活和工作更便利、更有效。
第2节 跨学科实践：制作简易杆秤
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？
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。
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。
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。
【提出问题】1. 杆秤由哪几部分组成的？说出各部分名称。2. 杆秤的测量原理是什么？3. 刻度原理是什么？
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（忽略秤杆和秤盘的重力）：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。
F1l1＝F2l2， G砣l1＝G物l2，m砣gl1＝m物gl2，m砣l1＝m物l2
（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
G砣lOA＝G秤lOB　 …… ①G砣lOD＝G物lOC＋G秤lOB …… ②
由①②式得：______________ 　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。
G物lOC=G砣lAD m物lOC＝m砣lAD
小组为单位思考、讨论几个关键问题：（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？……经小组讨论，形成初步的设计方案。
（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。
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。
选用秤杆材料时　 　（选填“不需要”或“需要”）考虑自重；秤砣的形状对杠杆平衡　 　（选填“有”或“没有”）影响。
（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。如图所示，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。画出自己小组设计的草图。
（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。
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。
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。
比一比谁制作的杆秤称量最准确。想一想：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？试试看。
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。
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。
制作一个简易杆秤。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?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。①检验杆秤；②测量物体质量；③提高精度，增大量程等。
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”）。
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。
【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；
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
（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；
【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）。
（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）因杆秤的刻度是均匀的，由表中数据知，当砝码总质量为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，则两次测量时，秤杆刻度间的距离是11cm-6cm=5cm，0刻度位置距离B点6cm-5cm=1cm。砝码的质量每增加50g，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？
（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CO2厘米，OD20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。