李湘黔

STEM知識素養(yǎng)

人文知識

桿秤是中國古代最重要的稱量工具。因?yàn)橘Q(mào)易活動(dòng)中需要精確稱量物品重量，古人利用杠桿原理發(fā)明了桿秤。在湖南省長沙市東郊楚墓中出土的公元前700年的文物中，有許多精制的秤桿、秤盤、秤砣，以及系秤盤用的提繩、絲線等。中國漢墓出土的公元前200年前的文物中，有各種各樣規(guī)格的秤桿、秤砣等。桿秤工藝歷史悠久，其起源有多種不同的傳說。

相傳范蠡從農(nóng)夫打水的工具受到啟發(fā)，用一根細(xì)而直的木棍，系上麻繩，細(xì)直木棍的一端掛貨物，另一端系一塊鵝卵石作為砣，鵝卵石懸掛距離麻繩越遠(yuǎn)，能吊起的貨物就越多。只要根據(jù)物重在細(xì)直木上刻出標(biāo)記，那么稱量時(shí)就能根據(jù)標(biāo)記讀數(shù)了。他用南斗六星和北斗七星做標(biāo)記，一顆星代表一兩重，十三顆星代表一斤。因?yàn)橛行┥碳胰苯锷賰?，范蠡特地添加“福、祿、壽”三星，以此提醒商家“缺一兩少福，缺二兩少祿，缺三兩少壽”。從此，市場上便有了統(tǒng)一計(jì)量的工具——秤。

另一流傳較廣的說法是木桿秤由魯班發(fā)明，魯班根據(jù)南斗六星和北斗七星在桿秤上刻制十三顆星花，規(guī)定十三兩為一斤。秦始皇統(tǒng)一六國后，添加“福、祿、壽”三星，改十六兩為一斤，并頒布統(tǒng)一度量衡的詔書。

科學(xué)知識

桿秤運(yùn)用的是杠桿原理。我們可以把提點(diǎn)看作是杠桿的支撐點(diǎn)（支點(diǎn)），當(dāng)桿秤兩端平衡的時(shí)候，砣作用于桿和物作用于盤的力矩相等（力矩=作用力×作用距離）。根據(jù)砣的重力，就可以利用桿秤上的刻度得到被稱量物的重量。

STEM活動(dòng)實(shí)踐

創(chuàng)意實(shí)踐

小型桿秤的制作

材料：

細(xì)繩、木棍、小塑料碗、20克的螺母、大螺母、直尺、打孔器、小刀等。

創(chuàng)意參考步驟：

1.制作秤盤、提繩。在小塑料碗邊緣等距對稱打4個(gè)小孔，用4根等長的細(xì)繩穿過4個(gè)小孔，打結(jié)固定，然后把四條細(xì)繩的另一端系在一起，固定在秤桿上最靠邊的小孔處。用一條短細(xì)繩穿過秤桿上鄰近秤盤的一個(gè)小孔，打結(jié)便于手提。在盤中放一個(gè)大螺母，用來配重。

2.懸掛秤砣。用短紅繩系兩個(gè)大螺母，懸掛在秤桿上。

3.定刻度。提起提繩，使秤桿平衡，此時(shí)秤砣的位置就是0刻度點(diǎn)。放一個(gè)20克的螺母在秤盤中，移動(dòng)秤砣位置至桿秤平衡，此位置即為20克。從0刻度點(diǎn)開始到此位置的距離即為20克標(biāo)準(zhǔn)，以此在秤桿上標(biāo)記刻度。

創(chuàng)意改良

當(dāng)用自己所制作的秤去稱量較重的物體時(shí)，可能會出現(xiàn)質(zhì)量超出稱量范圍而導(dǎo)致無法讀數(shù)的情況。能否在只對桿秤結(jié)構(gòu)稍加改造的情況下，利用現(xiàn)有標(biāo)注印記使用另一套刻度，從而擴(kuò)大量程？請思考，并嘗試寫出修正刻度值必要的方程。

創(chuàng)意挑戰(zhàn)

1.嘗試?yán)蒙磉叺钠鞑?，設(shè)計(jì)制造一個(gè)能稱量人的體重的桿秤。

2.查閱資料，思考在失重狀態(tài)下能否使用桿秤稱量物體質(zhì)量，如果能，請說明原因;如果不能，請說明原因并給出合適的稱重方法。