共點力平衡受力分析儀

張亦翻，黃悅微，溫建平,張靈輝

(1.廣東梅雁東山學校,廣東 梅州 514011;2.嘉應學院,廣東 梅州 514015)

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共點力平衡受力分析儀

張亦翻1，黃悅微1，溫建平2,張靈輝2

(1.廣東梅雁東山學校,廣東 梅州 514011;2.嘉應學院,廣東 梅州 514015)

對傳統(tǒng)共點力平衡實驗儀進行了改進，添加了可以顯示力的徑跡、角度及三角函數(shù)值的自制刻度盤，使實驗更加直觀。同時對實驗裝置的收納等功能做了細致地設計，使儀器更加輕巧，方便攜帶.

共點力；力學平衡；三角函數(shù)

為了提高共點力平衡教學的質(zhì)量，讓學生通過自己動手實驗得到結(jié)論，筆者對傳統(tǒng)共點力平衡實驗儀器進行了重新設計并制作了刻度板，改進后的裝置可顯示物體的受力情況和三角函數(shù)，實驗過程簡單，實驗結(jié)果直觀.

1　共點力平衡受力分析儀的設計

共點力平衡受力分析儀的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，收納盒用于裝鉤碼，在實驗過程中降低共點力平衡受力分析儀的重心，增加儀器的穩(wěn)固性. 支腿能改變刻度盤相對實驗臺的高度，防止連接繩過長，使得鉤碼與水平面接觸. 刻度盤上刻有量角器及對應的三角函數(shù)，方便實驗者通過實驗現(xiàn)象得出結(jié)論. 導向定位孔為滾動機構(gòu)提供相應的運動軌道，為實驗過程刻度盤的兩側(cè)的力確定方向. 定位膠圈在實驗時固定刻度板，合頁在實驗結(jié)束后，使刻度板成為收納盒的蓋子，滾輪減小了連接繩與絲桿的摩擦力.

(a)正視圖

(b)側(cè)視圖圖1　共點力平衡受力分析儀結(jié)構(gòu)

設計制作時首先收納盒底部設有可折疊隱藏的支腿,操作時為分析儀提供所需的高度，閑置時可節(jié)省空間；頂面及與其相鄰的一個側(cè)面配合形成刻度盤，在刻度盤上標注有角度及對應的三角函數(shù)值；收納盒的頂面與其相配合的側(cè)面通過合頁鉸接，使刻度盤在閑置時成為收納盒的蓋子，節(jié)省資源；在刻度盤的刻度兩側(cè)分別對稱設有圓弧形的導向定位孔，為各個力提供所需的方向；連接環(huán)位于刻度盤刻度的中心位置，輔助學生判斷多個力是否平衡. 支架由絲桿、 螺紋連接在絲桿上的2個定位片及設置在絲桿其中一端的操作耳構(gòu)成；絲桿穿設在導向定位孔內(nèi)并通過2個定位片夾緊固定在刻度盤上. 滾動機構(gòu)由套設在絲桿上帶環(huán)形凹槽的滾輪及設置在滾輪和絲桿之間的軸承構(gòu)成，減少繩子與絲桿之間的摩擦力，提高實驗的準確性. 在收納盒的頂面及相配合側(cè)面的兩側(cè)分別設有定位螺絲，在相對應的定位螺絲之間設置有定位膠圈，使分析儀閑置時刻度盤與收納盒密閉.

共點力平衡的受力分析儀設有標注有角度和三角函數(shù)值的刻度盤(如圖2所示)，刻度盤由同心圓組成，從里到外依次為“力的徑跡線”、“力的角度讀取盤”(兩圈)和“各個角度對應的三角函數(shù)值”. 刻度盤的設計是 “三角函數(shù)值的分布圖”結(jié)合了“單位圓與三角函數(shù)的關系”(如圖3所示),可以在實驗時直接求出水平方向和豎直方向的分力大小. 同時，通過設在刻度盤上的導向定位孔和設在導向定位孔內(nèi)可調(diào)節(jié)的支架相配合，在操作時，能夠方便地改變物體的受力角度，從而得到多組實驗數(shù)據(jù)；通過第一連接繩、第二連接繩、砝碼和連接環(huán)配合，只需要觀察實驗過程中砝碼的平衡狀態(tài)即可得出物體受力的狀況，減少了實驗的準備操作，降低了實驗的繁瑣程度.

圖2　分析儀刻度盤實物圖

圖3　單位圓與三角函數(shù)的關系

2　共點力平衡受力分析儀的教學實踐

如圖4所示，圓環(huán)在3組鉤碼的拉力作用下靜止在刻度盤中央，試探究物體靜止的條件.

圖4　實驗操作示意圖

圖5　力的合成圖

3　結(jié)束語

共點力平衡的條件為F合=0. 教學實踐發(fā)現(xiàn)，教師的授課環(huán)節(jié)主要是運用生活中與教學內(nèi)容相關的情景設計問題，設計物理實驗，組織教學內(nèi)容，提出有啟發(fā)性的引申問題，激發(fā)學生的學習興趣，使學生積極地參與到實驗驗證、實驗猜想、探究規(guī)律的學習當中，通過動手實驗，總結(jié)得出結(jié)論，并由生活實例分析、歸納出共點力平衡的條件. 整個教學過程中，實驗的操作不僅能更好地體現(xiàn)以學生為主體，教師為主導的教學理念，也能體現(xiàn)傳授物理方法的重要性. 共點力平衡受力分析儀能減少教師的備課工作量，有效地提高學生的感性記憶，還能使學科知識更容易與學生的認知規(guī)律相結(jié)合，讓學生容易把抽象的知識內(nèi)容轉(zhuǎn)化成自己的記憶儲存起來，達到事半功倍的教學效果.

[1]吳國盛. 科學的歷程[M]. 長沙：湖南科學技術(shù)出版社,1995.

[2]李立朋. 自制“共點力平衡條件、力的合成法則”探究儀[J]. 物理實驗,2014,34(10):15-17.

[3]吳學偉,吳昊. 自制簡易共點力平衡實驗演示裝置[J]. 物理實驗,2012,30(8):56-57.

[4]張韶龍. 潤物釋理導航探究,共點力的平衡的教學探究[J]. 中學物理教學參考,2007,36(4):22-25.

[5]吳學偉,吳昊. 自制簡易共點力平衡實驗演示裝置[J]. 物理實驗,2012,30(8):56-57.

[6]袁媛,李文娜. 利用幾何畫板講授“共點力平衡”問題[J]. 物理教學探討,2009,(10):53-55.

[責任編輯：尹冬梅]

Analyzerofthebalanceofconcurrentforce

ZHANGYi-fan1,HUANGYue-wei1,WENJian-ping2,ZHANGLing-hui2

(1.GuangdongMeiyanDongshanMiddleSchool,Meizhou514011,China;2.JiayingUniversity,Meizhou514015,China)

Traditionalexperimentaldeviceofdemonstratingthebalanceofconcurrentforcewasimproved.Adialwasusedtoshowthetrack,angleandtrigonometricfunctionoftheforce.Itmadetheexperimentmorevisual.Whilethestoragefunctionofthedevicewasdesignedmeticulously,itmadethedeviceeasytobehandled.

concurrentforce;equilibriumofforce;trigonometricfunction

2016-03-01

張亦翻(1989-),男,廣東梅州人,梅雁東山學校二級教師,學士,從事中學物理教育工作.

G633.7

A

1005-4642(2016)08-0042-03