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

為了提高共點力平衡教學的質量，讓學生通過自己動手實驗得到結論，筆者對傳統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，實驗過程簡單，實驗結果直觀.

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構如圖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，方便實驗者通過實驗現象得出結論. 導向定位孔為滾動機構提供相應的運動軌道，為實驗過程刻度盤的兩側的力確定方向. 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)側視圖圖1　共點力平衡受力分析儀結構

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，閑置時可節省空間；頂面及與其相鄰的一個側面配合形成刻度盤，在刻度盤上標注有角度及對應的三角函數值；收納盒的頂面與其相配合的側面通過合頁鉸接，使刻度盤在閑置時成為收納盒的蓋子，節省資源；在刻度盤的刻度兩側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成；絲桿穿設在導向定位孔內并通過2個定位片夾緊固定在刻度盤上. 滾動機構由套設在絲桿上帶環形凹槽的滾輪及設置在滾輪和絲桿之間的軸承構成，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面的兩側分別設有定位螺絲，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值”. 刻度盤的設計是 “三角函數值的分布圖”結合了“單位圓與三角函數的關系”(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可調節的支架相配合，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據；通過第一連接繩、第二連接繩、砝碼和連接環配合，只需要觀察實驗過程中砝碼的平衡狀態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　結束語

共點力平衡的條件為F合=0. 教學實踐發現，教師的授課環節主要是運用生活中與教學內容相關的情景設計問題，設計物理實驗，組織教學內容，提出有啟發性的引申問題，激發學生的學習興趣，使學生積極地參與到實驗驗證、實驗猜想、探究規律的學習當中，通過動手實驗，總結得出結論，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以學生為主體，教師為主導的教學理念，也能體現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律相結合，讓學生容易把抽象的知識內容轉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