傾斜杠桿平衡條件探究

王寶玉

我在初中物理杠桿平衡條件的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)：人教版的初中教材只安排了水平狀態(tài)杠桿平衡條件的實驗，在沒有進行其他實驗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)都只安排了這一實驗。其中的原因在于：杠桿傾斜后的平衡難度較大，又無法直接測量力臂，所以教材不得不對其進行簡化處理。

于是，我想找到改善這一實驗教具的方法。

一、研究過程

開始時我認為，杠桿和轉(zhuǎn)動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)果稍微移動平衡螺母就會產(chǎn)生一點轉(zhuǎn)動力矩，杠桿也無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)動來增大阻礙力矩，杠桿又不能自由轉(zhuǎn)動。

經(jīng)過多次研究和改進后，我終于找到阻礙力矩和轉(zhuǎn)動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題。在解決力臂這一問題上，天平游碼給了我靈感：用一根細長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，能巧妙解決學(xué)生難以準確測量力臂長度的問題。

二、創(chuàng)新點

1.本作品克服了現(xiàn)有教具無法探究杠桿在傾斜狀態(tài)下平衡條件的弊端。通過轉(zhuǎn)動力矩和阻礙力矩的合理配置，實現(xiàn)了杠桿傾斜位置的平衡。用細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，進而可測出力臂，得出杠桿的平衡條件。

2.實驗演示效果好，填補了目前沒有此類實驗教具的空白，可適用于初、高中以及大學(xué)的物理力學(xué)實驗。

三、完善設(shè)想

用亞克力板做的杠桿長時間放置后易受潮、變形，影響實驗效果。接下來，我將嘗試用金屬板做杠桿來改進這套實驗裝置。