生產生活用具

李湘黔

STEM知識素養

人文知識

桿秤是中國古代最重要的稱量工具。因為貿易活動中需要精確稱量物品重量，古人利用杠桿原理發明了桿秤。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。

相傳范蠡從農夫打水的工具受到啟發，用一根細而直的木棍，系上麻繩，細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，能吊起的貨物就越多。只要根據物重在細直木上刻出標記，那么稱量時就能根據標記讀數了。他用南斗六星和北斗七星做標記，一顆星代表一兩重，十三顆星代表一斤。因為有些商家缺斤少兩，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，市場上便有了統一計量的工具——秤。

另一流傳較廣的說法是木桿秤由魯班發明，魯班根據南斗六星和北斗七星在桿秤上刻制十三顆星花，規定十三兩為一斤。秦始皇統一六國后，添加“福、祿、壽”三星，改十六兩為一斤，并頒布統一度量衡的詔書。

科學知識

桿秤運用的是杠桿原理。我們可以把提點看作是杠桿的支撐點（支點），當桿秤兩端平衡的時候，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活動實踐

創意實踐

小型桿秤的制作

材料：

細繩、木棍、小塑料碗、20克的螺母、大螺母、直尺、打孔器、小刀等。

創意參考步驟：

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

2.懸掛秤砣。用短紅繩系兩個大螺母，懸掛在秤桿上。

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

創意改良

當用自己所制作的秤去稱量較重的物體時，可能會出現質量超出稱量范圍而導致無法讀數的情況。能否在只對桿秤結構稍加改造的情況下，利用現有標注印記使用另一套刻度，從而擴大量程？請思考，并嘗試寫出修正刻度值必要的方程。

創意挑戰

1.嘗試利用身邊的器材，設計制造一個能稱量人的體重的桿秤。

2.查閱資料，思考在失重狀態下能否使用桿秤稱量物體質量，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。