《探究杠桿的平衡條件》

林彬+王國城

摘要：在物理教學中，物理實驗既是物理教學內容的一個重要的組成部分，

又是物理研究的一種重要方法，同時也是激發學生學習興趣、培養學生能力的前提。所有的物理知識都是在實驗的基礎上建立起來的，因此，在初中階段對學生進行實驗的養成教育，既貫徹了當前素質教育的要求，又有利于提高課堂效率。我們對初中物理實驗《探究杠桿的平衡條件》嘗試著做了些改進，在此與大家一起分享。

關鍵詞：杠桿平衡條件；初中物理實驗；教學設計

G633.7

一、實驗內容設計

該實驗重點是使學生知道什么是杠桿平衡，探究杠桿平衡需滿足的條件。難點是學生對力臂的尋找存在較大困難。原實驗這樣設計：在支點兩側懸掛鉤碼，調節合適位置，使杠桿在水平位置平衡，探究規律：動力×動力臂=阻力×阻力臂。

在水平位置平衡，力臂正好在杠桿上，這樣處理的優點是：方便學生讀出力臂，降低難度。缺點是思維太局限于特殊情形。（圖）這時杠桿平衡嗎？支點到力的作用點的距離還是力臂嗎？怎樣測力臂呢？力臂一定在杠桿上嗎？有些學生從實驗中得出結論：動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離。把這個結論就當做是杠桿平衡的條件。這顯然是錯誤的。造成這種錯誤認識主要是由于原實驗中兩力的方向平行導致的。解決的就好辦法是改變力的方向，進行實驗。在原實驗的基礎上改進可以用彈簧秤代替鉤碼斜拉。但在實際操作中會遇到以下兩個問題：1、力的讀數不準確。向上拉時，由于手的抖動，力的大小和方向都不容易確定。倒掛拉時，還存在彈簧秤自身重力影響，導致了指針讀數與實際拉力大小不相等。2、力臂的測量存在困難。為解決以上兩個問題，我們著手設計了 “全方位杠桿平衡條件探究儀”。

二、實驗方法設計

（如何解決與杠桿成不同夾角的力的準確測量呢？）我們將原來在豎直平面內轉動的杠桿改為在水平平面上轉動，通過改變鉤碼數量改變力的大小、通過定滑輪位置調節改變作用在杠桿上的力的方向，這樣（就）可以讓杠桿在任意位置保持平衡，實現與杠桿成不同夾角的力的較準確測量。操作起來簡單方便。（從而解決了各個方向力的準確測量這一難題）

（如何快速準確測量力臂呢？）為了使學生明白力臂不一定在杠桿上，我引導學生將原實驗中的杠桿和刻度分離，制作了可轉動的圓形刻度盤，如圖：

刻度盤上，零刻度在圓心，向兩邊刻度讀數逐漸增大。實驗時，杠桿的支點位于圓心處。如何使用它測量力臂呢？當杠桿平衡時，轉動刻度盤，使黑色的刻度線與力的方向重合，表示力的作用線，讀出盤上對應刻度，即為其力臂的長度。這樣，用相互垂直的兩根線分別表示力的作用線和力臂，強化了力臂與力的作用線垂直，讓學生在實際動手操作過程中，加深了對力臂這個易錯點的理解和認識，使之更形象直觀，突破力臂測量的難點。

請看現場演示：我們把水平面作為杠桿轉動的平面，自由選擇力的作用點（左邊第3格，點到點的距離11，右邊第1格，點到點的距離5厘米），任意大小的力、任意方向的力。調節杠桿平衡，左邊掛2個鉤碼，1牛。右邊掛4個鉤碼，2牛。轉動轉盤，測量左邊拉力力臂，（為10厘米），再測右邊拉力力臂（為5厘米）。記錄數據。甚至還可以改變杠桿的形狀，換成傾斜平面進行實驗。自由選擇力的作用點（左邊第5格，右邊第2格），任意大小的力。（左邊掛2個鉤碼。右邊掛4個鉤碼），調節杠桿平衡，轉動轉盤，測量左邊拉力力臂，（為12厘米），再測右邊拉力讀數（為6厘米）。這樣，拓展了學生的思維，探究得出來的規律更有說服力，更有可信度。

改進后的實驗，主要有以下三個方面的創新：

1.大膽突破，將單一豎直平面實驗改為全方位多角度立體實驗，使實驗更科學。

2.使學生真正認識了力臂，突破力臂測量難點。

通過轉盤，讓力的作用線和力臂 “可視化”呈現，更明確了力和力臂的垂直關系，且直觀、方便測量，突破了難點。

3.通過實驗，真正扭轉了學生常見的錯誤認識：動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離。更全面認識了杠桿。

實驗過程，讓學生自由探索，不僅培養了學生的動手能力、團隊協作精神，而且避免了以特殊代替一般、以偏蓋全的不科學研究方法。

創新是一個民族進步的靈魂，是國家興旺發達的不竭動力。在該實驗上，本人做了小小的改進創新，希望能得到各位專家評委的指導幫助，謝謝大家！