傾斜杠桿平衡條件探究

■廣東省東莞市南城陽(yáng)光實(shí)驗(yàn)中學(xué)

我在初中物理杠桿平衡條件的教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：人教版的初中教材只安排了水平狀態(tài)杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)，在沒(méi)有進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)探究的情況下就得出的結(jié)論。這不符合科學(xué)應(yīng)該具有普適性的原則，更不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

我又查閱了滬教版、蘇教版等各種版本的教材，發(fā)現(xiàn)都只安排了這一實(shí)驗(yàn)。其中的原因在于：杠桿傾斜后的平衡難度較大，又無(wú)法直接測(cè)量力臂，所以教材不得不對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

于是，我想找到改善這一實(shí)驗(yàn)教具的方法。

一、研究過(guò)程

開(kāi)始時(shí)我認(rèn)為，杠桿和轉(zhuǎn)動(dòng)軸間的摩擦造成的阻礙力矩越小越好，因此我用軸承將杠桿和軸連接，結(jié)果稍微移動(dòng)平衡螺母就會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，杠桿也無(wú)法在傾斜位置上靜止。如果去掉軸承，讓杠桿直接在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)增大阻礙力矩，杠桿又不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

經(jīng)過(guò)多次研究和改進(jìn)后，我終于找到阻礙力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的最佳組合狀態(tài)。我采用壓力緊固法解決了記錄杠桿掛鉤碼前后位置的問(wèn)題。在解決力臂這一問(wèn)題上，天平游碼給了我靈感：用一根細(xì)長(zhǎng)的金屬桿貫穿粘合在透明的亞克力板上，可以將其放在水平中分尺上的任何位置，用它替代力的作用線(xiàn)，能巧妙解決學(xué)生難以準(zhǔn)確測(cè)量力臂長(zhǎng)度的問(wèn)題。

二、創(chuàng)新點(diǎn)

1.本作品克服了現(xiàn)有教具無(wú)法探究杠桿在傾斜狀態(tài)下平衡條件的弊端。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和阻礙力矩的合理配置，實(shí)現(xiàn)了杠桿傾斜位置的平衡。用細(xì)金屬桿貫穿透明的亞克力板并用膠水固定，很好地代替了力的作用線(xiàn)，進(jìn)而可測(cè)出力臂，得出杠桿的平衡條件。

2.實(shí)驗(yàn)演示效果好，填補(bǔ)了目前沒(méi)有此類(lèi)實(shí)驗(yàn)教具的空白，可適用于初、高中以及大學(xué)的物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)。

三、完善設(shè)想

用亞克力板做的杠桿長(zhǎng)時(shí)間放置后易受潮、變形，影響實(shí)驗(yàn)效果。接下來(lái)，我將嘗試用金屬板做杠桿來(lái)改進(jìn)這套實(shí)驗(yàn)裝置。

1.鐵架臺(tái)2.套管方鋼 201.杠桿定位針3.支點(diǎn)4.杠桿401. 鉤碼懸掛孔5.鉤碼6.力臂讀尺7.力臂游標(biāo)8.力作用線(xiàn)重合桿9.杠桿指針10.螺絲11.螺母