演講人：日期:樂(lè)高天平講解課件CATALOGUE目錄01課程導(dǎo)入02組件與構(gòu)建03工作原理04實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)05應(yīng)用與拓展06總結(jié)與鞏固01課程導(dǎo)入天平是一種用于測(cè)量物體質(zhì)量的工具，基于杠桿平衡原理，通過(guò)比較已知質(zhì)量和未知質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。其核心部件包括橫梁、支點(diǎn)、秤盤(pán)和平衡指針。天平的定義與工作原理根據(jù)精度可分為分析天平、精密天平和普通天平；按結(jié)構(gòu)可分為等臂天平、不等臂天平和電子天平，廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和日常生活中。天平的分類與應(yīng)用從古埃及的簡(jiǎn)易平衡秤到現(xiàn)代電子天平，人類對(duì)精確測(cè)量的追求推動(dòng)了天平技術(shù)的演進(jìn)，體現(xiàn)了科學(xué)與工程的結(jié)合。天平的歷史發(fā)展010302天平的基本概念介紹作為基礎(chǔ)測(cè)量工具，天平不僅是質(zhì)量測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，更是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的有效教具。天平的科學(xué)意義04樂(lè)高在教育中的價(jià)值培養(yǎng)工程思維激發(fā)創(chuàng)造力跨學(xué)科整合團(tuán)隊(duì)協(xié)作訓(xùn)練樂(lè)高積木通過(guò)模塊化組裝過(guò)程，系統(tǒng)性訓(xùn)練學(xué)生的空間想象、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和問(wèn)題解決能力，是STEAM教育的理想載體。開(kāi)放式拼裝特性鼓勵(lì)學(xué)生突破常規(guī)思維，在嘗試不同組合方案中發(fā)展創(chuàng)新意識(shí)和設(shè)計(jì)能力。樂(lè)高教育套件可融合物理、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)編程等多學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)"做中學(xué)"的沉浸式教育體驗(yàn)。復(fù)雜模型的搭建需要分工合作，有效培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)調(diào)能力和項(xiàng)目管理意識(shí)。課程目標(biāo)與學(xué)習(xí)期望能夠獨(dú)立完成樂(lè)高天平的結(jié)構(gòu)搭建，正確進(jìn)行稱量操作，具備初步的器材校準(zhǔn)和故障排查能力。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)延伸目標(biāo)掌握杠桿原理和天平工作原理，理解質(zhì)量與重力的區(qū)別，認(rèn)識(shí)測(cè)量誤差的產(chǎn)生原因及減小方法。培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度和數(shù)據(jù)分析習(xí)慣，發(fā)展工程思維和系統(tǒng)思考能力，提升科學(xué)探究的興趣。啟發(fā)學(xué)生對(duì)測(cè)量工具改進(jìn)的創(chuàng)新思考，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)具有特殊功能的改良型天平模型。知識(shí)目標(biāo)02組件與構(gòu)建主要樂(lè)高零件清單稱重盤(pán)與平衡臂使用樂(lè)高平板和特殊鉸鏈零件制作稱重盤(pán)，搭配長(zhǎng)梁作為平衡臂，確保稱重時(shí)的穩(wěn)定性。裝飾與功能擴(kuò)展件如齒輪、轉(zhuǎn)盤(pán)、指示針等，用于增強(qiáng)天平的視覺(jué)效果或擴(kuò)展其測(cè)量功能?；A(chǔ)梁與連接件包括不同長(zhǎng)度的樂(lè)高梁、軸銷(xiāo)、十字軸等，用于構(gòu)建天平的主體框架和支撐結(jié)構(gòu)。砝碼與校準(zhǔn)部件提供標(biāo)準(zhǔn)樂(lè)高積木塊作為砝碼，并配備可調(diào)節(jié)的滑動(dòng)塊或齒輪用于校準(zhǔn)天平的靈敏度。組裝步驟詳解搭建底座與支架固定稱重盤(pán)與校準(zhǔn)系統(tǒng)安裝平衡臂與支點(diǎn)測(cè)試與調(diào)整首先用大型樂(lè)高底板和垂直梁構(gòu)建穩(wěn)定的底座，并通過(guò)交叉支撐結(jié)構(gòu)增強(qiáng)支架的承重能力。將長(zhǎng)梁作為平衡臂固定在支架頂端，使用軸銷(xiāo)或鉸鏈作為支點(diǎn)，確保臂體可自由擺動(dòng)且保持水平。在平衡臂兩端對(duì)稱安裝稱重盤(pán)，并通過(guò)滑動(dòng)塊或齒輪調(diào)節(jié)臂長(zhǎng)比例，確保稱重結(jié)果的準(zhǔn)確性。加載標(biāo)準(zhǔn)砝碼測(cè)試天平平衡性，逐步調(diào)整支點(diǎn)位置或配重塊，直至達(dá)到理想測(cè)量精度。工具與材料準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)樂(lè)高教育套裝推薦使用樂(lè)高機(jī)械組或科技系列套裝，包含梁、軸、齒輪等核心零件。輔助工具如拆件器、尺子、水平儀等，用于精確組裝和校準(zhǔn)天平結(jié)構(gòu)。備用零件準(zhǔn)備額外的小型連接件、軸銷(xiāo)及砝碼塊，以應(yīng)對(duì)組裝過(guò)程中的損耗或調(diào)整需求。教學(xué)參考資料提供圖文或視頻教程，幫助學(xué)習(xí)者理解天平原理及組裝邏輯。03工作原理杠桿原理基礎(chǔ)支點(diǎn)、力臂與力矩關(guān)系杠桿平衡的核心條件是動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，樂(lè)高天平通過(guò)調(diào)整兩側(cè)力臂長(zhǎng)度或砝碼位置實(shí)現(xiàn)力矩平衡。三類杠桿特性樂(lè)高天平屬于第一類杠桿（支點(diǎn)位于中間），其機(jī)械優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在力臂比例變化對(duì)測(cè)量精度的影響。材料剛性要求樂(lè)高積木的ABS塑料需具備足夠抗彎強(qiáng)度，避免因自重或負(fù)載導(dǎo)致杠桿形變影響測(cè)量準(zhǔn)確性。平衡機(jī)制解析對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)天平橫梁需嚴(yán)格水平對(duì)稱，兩側(cè)托盤(pán)懸掛點(diǎn)與支點(diǎn)的垂直距離誤差需控制在±1mm以內(nèi)以保證初始平衡。摩擦阻力控制支點(diǎn)軸承采用樂(lè)高科技系列軸套零件，降低旋轉(zhuǎn)摩擦系數(shù)至0.2以下，確保靈敏度達(dá)±5克量級(jí)。動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)通過(guò)增減標(biāo)準(zhǔn)砝碼或移動(dòng)滑動(dòng)配重塊，實(shí)時(shí)補(bǔ)償被測(cè)物體的未知重量，直至指針歸零。測(cè)量單位與方法標(biāo)準(zhǔn)化砝碼系統(tǒng)配套樂(lè)高砝碼組按1g/5g/10g三級(jí)精度配置，支持組合計(jì)量最大500g范圍，相對(duì)誤差≤2%。01非整數(shù)重量測(cè)算利用杠桿比例公式推算部分砝碼（如2.5g）對(duì)應(yīng)的平衡位置，通過(guò)刻度盤(pán)實(shí)現(xiàn)線性插值讀數(shù)。02誤差校正流程定期用基準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)零點(diǎn)漂移，環(huán)境溫度超過(guò)25℃時(shí)需修正塑料熱膨脹導(dǎo)致的臂長(zhǎng)變化。0304實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)置流程使用樂(lè)高積木搭建穩(wěn)定的天平底座，確保底座平整且重心穩(wěn)固，避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因結(jié)構(gòu)不穩(wěn)導(dǎo)致測(cè)量誤差。組裝樂(lè)高天平底座將橫梁通過(guò)軸連接到底座，并在橫梁兩端對(duì)稱安裝掛鉤，確保掛鉤位置平衡且可自由擺動(dòng)，以準(zhǔn)確反映被測(cè)物體的重量差異。安裝橫梁與掛鉤在未放置任何物體時(shí)，通過(guò)微調(diào)橫梁或掛鉤位置使天平保持水平狀態(tài)，確保實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)處于零誤差基準(zhǔn)。校準(zhǔn)初始平衡狀態(tài)選擇已知重量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼作為參照，同時(shí)準(zhǔn)備不同材質(zhì)的待測(cè)物體（如橡皮、金屬塊等），以便后續(xù)對(duì)比分析。準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)砝碼與待測(cè)物體實(shí)際操作演示單側(cè)加載測(cè)試將標(biāo)準(zhǔn)砝碼置于天平一側(cè)掛鉤，觀察橫梁傾斜角度，記錄砝碼重量與傾斜程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，驗(yàn)證天平的靈敏度與線性響應(yīng)特性。雙側(cè)平衡實(shí)驗(yàn)在兩側(cè)掛鉤分別放置不同重量的物體，通過(guò)增減砝碼或調(diào)整物體位置使橫梁恢復(fù)水平，直觀展示杠桿平衡原理與力矩計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用。誤差分析與調(diào)整演示因掛鉤不對(duì)稱或橫梁摩擦導(dǎo)致的測(cè)量偏差，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)或清潔接觸面來(lái)減少誤差，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性。多場(chǎng)景應(yīng)用模擬更換不同形狀或材質(zhì)的待測(cè)物體（如液體容器、不規(guī)則固體），探討天平在復(fù)雜條件下的適用性與改進(jìn)方案。數(shù)據(jù)記錄與分析系統(tǒng)記錄不同砝碼重量對(duì)應(yīng)的橫梁傾斜角度，繪制圖表分析二者之間的線性或非線性關(guān)系，推導(dǎo)天平的比例系數(shù)。重量與傾斜角度關(guān)系表根據(jù)杠桿原理公式（力×力臂），計(jì)算兩側(cè)掛鉤的力矩值，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否符合理論預(yù)期，并討論誤差來(lái)源。結(jié)合物體體積測(cè)量數(shù)據(jù)，利用天平所得重量計(jì)算不同材料的密度，延伸實(shí)驗(yàn)至物理或化學(xué)領(lǐng)域的跨學(xué)科應(yīng)用。平衡狀態(tài)下的力矩計(jì)算對(duì)同一物體進(jìn)行多次測(cè)量，計(jì)算重量數(shù)據(jù)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，評(píng)估天平的重復(fù)精度及操作者手法的影響。重復(fù)性實(shí)驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)01020403材料密度推算05應(yīng)用與拓展科學(xué)教育實(shí)例杠桿原理演示通過(guò)搭建樂(lè)高天平，直觀展示杠桿平衡的基本原理，幫助學(xué)生理解支點(diǎn)、力臂與力矩的關(guān)系，結(jié)合砝碼調(diào)整實(shí)現(xiàn)平衡條件的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。質(zhì)量比較實(shí)驗(yàn)利用天平比較不同樂(lè)高組件的質(zhì)量差異，引導(dǎo)學(xué)生觀察數(shù)據(jù)并分析材料密度、體積對(duì)重量的影響，培養(yǎng)定量分析能力?；瘜W(xué)反應(yīng)模擬在天平兩側(cè)放置象征反應(yīng)物的樂(lè)高顆粒，模擬化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒定律，強(qiáng)化科學(xué)概念的可視化學(xué)習(xí)。動(dòng)手能力培養(yǎng)方法分步拆解教學(xué)將天平搭建過(guò)程分解為底座固定、橫梁組裝、托盤(pán)懸掛等模塊，逐步指導(dǎo)學(xué)生完成結(jié)構(gòu)拼裝，提升空間邏輯與精細(xì)操作能力。故障排除訓(xùn)練故意設(shè)置不平衡或結(jié)構(gòu)松散等常見(jiàn)問(wèn)題，鼓勵(lì)學(xué)生自主檢查并修復(fù)，培養(yǎng)問(wèn)題診斷與解決能力。協(xié)作搭建挑戰(zhàn)分組進(jìn)行限時(shí)天平搭建比賽，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)分工與溝通，同時(shí)融入承重測(cè)試等趣味環(huán)節(jié)以激發(fā)參與熱情。創(chuàng)意設(shè)計(jì)擴(kuò)展電子化升級(jí)結(jié)合樂(lè)高動(dòng)力組件（如馬達(dá)、傳感器）改造傳統(tǒng)天平，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡檢測(cè)或數(shù)據(jù)記錄功能，銜接STEAM教育中的跨學(xué)科應(yīng)用。主題場(chǎng)景融合將天平融入城堡、太空站等主題場(chǎng)景中，作為“寶藏稱重臺(tái)”或“燃料分配器”，激發(fā)敘事性構(gòu)建能力。多層級(jí)天平改造引導(dǎo)學(xué)生在基礎(chǔ)模型上增加第二層橫梁或可滑動(dòng)砝碼，探索復(fù)合杠桿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可能，拓展工程思維。06總結(jié)與鞏固關(guān)鍵知識(shí)回顧樂(lè)高天平由底座、橫梁、支點(diǎn)、托盤(pán)等核心部件組成，利用杠桿平衡原理實(shí)現(xiàn)質(zhì)量測(cè)量，需重點(diǎn)理解支點(diǎn)位置與力臂關(guān)系對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。天平結(jié)構(gòu)與工作原理搭建技巧與校準(zhǔn)方法誤差分析與優(yōu)化強(qiáng)調(diào)對(duì)稱性搭建的重要性，包括橫梁水平調(diào)整、托盤(pán)高度一致等細(xì)節(jié)，并演示通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)天平靈敏度的操作步驟。系統(tǒng)講解托盤(pán)摩擦、零件松動(dòng)等因素導(dǎo)致的誤差類型，提出加固連接件、減少活動(dòng)間隙等針對(duì)性優(yōu)化方案。常見(jiàn)問(wèn)題解答天平傾斜無(wú)法歸零檢查底座是否水平、橫梁支點(diǎn)是否居中，排除托盤(pán)重量不均或零件裝配錯(cuò)位等問(wèn)題，必要時(shí)重新校準(zhǔn)配重塊位置。測(cè)量結(jié)果波動(dòng)大靈敏度不足可能由零件松動(dòng)或外力干擾引起，建議檢查各插銷(xiāo)緊固度，確保實(shí)驗(yàn)環(huán)境無(wú)風(fēng)且桌面穩(wěn)定，多次測(cè)量取平均值以提高準(zhǔn)確性?？s短力臂或減輕橫梁重量可提升靈敏度，但需平衡穩(wěn)定性，推薦使用輕量化樂(lè)高組件如薄板件替代厚重積木塊。123