對人教版八年級(jí)教材中“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

李慶

摘要：在做“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，我們的做法是在直杠桿兩側(cè)掛鉤碼，移動(dòng)鉤碼使杠桿在水平位置靜止，直接從杠桿上讀出力臂。這樣的好處方便測量力臂。但是，這種方法有其局限性的，它不能排除“動(dòng)力×支點(diǎn)到動(dòng)力作用點(diǎn)的距離=阻力×支點(diǎn)到阻力作用點(diǎn)的距離”這個(gè)特殊的結(jié)論。經(jīng)過改進(jìn)，本人在杠桿后面添加了背景，使用背景實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以使得力臂不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，這樣得到的結(jié)論就具有普遍性了。

關(guān)鍵詞：杠桿平衡條件；改進(jìn)；刻度尺型；同心圓型

1改進(jìn)的裝置圖（圖1為刻度尺型，圖2為同心圓型）：

2特點(diǎn)和用途：

（1）特點(diǎn)：使用該背景可以使得至少一個(gè)力的力臂不在杠桿上，避免結(jié)論的偶然性。

（2）用途：圖1的背景相當(dāng)于加寬的刻度尺，當(dāng)杠桿傾斜時(shí)，可以從背景刻度讀出力臂的大小。圖2的背景是數(shù)個(gè)同心圓，同心圓的半徑依次是1em、2em、3cm……。如圖，測量時(shí)使得彈簧測力計(jì)與某個(gè)圓相切，讀出該圓的半徑即為該力的力臂。

3制作材料：

長40cm、寬30-40cm的平整硬紙板，刻度尺，筆、剪刀、圓規(guī)，鐵架臺(tái)，直杠桿，細(xì)線，螺母，膠布。

4制作方法：

圖1刻度尺型背景的制作方法：

（1）取一塊長40em、寬30em平整硬紙板，找出紙板中心，做記號(hào)，開孔（此處與杠桿的支點(diǎn)重合，最終要安裝在鐵架臺(tái)上）（如圖3）。

（2）使用鉛筆和刻度尺畫出過中心的直線，該直線要與底邊垂直，該直線上標(biāo)上0，作為0刻度線。然后分別向左和右畫出間距為1em的一系列的平行線，并分別標(biāo)上1、2、3……

（3）在中心線的上端固定一根線，拴上螺母，做一個(gè)重錘線。

（4）在孔的上端約2em的地方畫一條垂直于個(gè)平行線的直線。

圖2同心圓型背景的制作方法：

（1）取一塊長40era、寬40em平整硬紙板，找出紙板中心，做記號(hào)，開孔（此處與杠桿的支點(diǎn)重合，最終要安裝在鐵架臺(tái)上）。

（2）使用圓規(guī)，以中心點(diǎn)為圓心，畫出半徑分別為1em、2cm、3cm……的同心圓，并標(biāo)注半徑大小。

（3）用簽字筆沿鉛筆筆跡重描一遍（如圖4）

5使用方法：

5.1刻度尺型：

（1）將鐵架臺(tái)放在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將與杠桿配套的小鐵棒固定在鐵架臺(tái)上（如圖5）。

（2）將背景的中心穿入鐵棒，轉(zhuǎn)動(dòng)背景，使重錘線與中心線重合，此時(shí)各條平行線都是豎直的。用膠布或夾子將它與鐵架臺(tái)固定。

（3）將杠桿安裝在鐵架臺(tái)上調(diào)節(jié)平衡螺母，參照上端的水平線使杠桿水平。

（4）在杠桿左右兩側(cè)掛鉤碼的活動(dòng)套上拴上細(xì)線，細(xì)線上掛鉤碼。使杠桿稍微傾斜并靜止。

（5）讀出左右鉤碼總重即等于動(dòng)力和阻力的大小，讀出掛鉤碼的細(xì)線在背景上的刻度值，即為動(dòng)力臂和阻力臂的長度。

優(yōu)點(diǎn)：兩個(gè)力臂都不等于支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，所得結(jié)論更具普遍性。

缺點(diǎn)：栓鉤碼的細(xì)線與紙板有一定距離，讀數(shù)時(shí)可能有較大誤差。

5.2同心圓型：

（1）將鐵架臺(tái)放在水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將與杠桿配套的小鐵棒固定在鐵架臺(tái)上。（如圖6）

（2）將背景的中心穿入鐵棒，用膠布將它與鐵架臺(tái)固定。

（3）將杠桿安裝在鐵架臺(tái)上調(diào)節(jié)平衡螺母使杠桿水平。

（4）在杠桿左右兩側(cè)掛鉤碼的活動(dòng)套上拴上細(xì)線，左端細(xì)線上掛鉤碼，右邊細(xì)線與彈簧測力計(jì)相連（或兩端都用彈簧測力計(jì)）。拉動(dòng)彈簧測力計(jì)，使它與某一個(gè)圓相切，并保持杠桿水平

（5）讀出左側(cè)鉤碼重以及力臂大小，讀出右側(cè)彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，與細(xì)線相切的同心圓的半徑，即為對應(yīng)的力臂大小。（如圖7）

優(yōu)點(diǎn)：有一個(gè)力的力臂不等于支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，得到的結(jié)論更具普遍性。

缺點(diǎn)：細(xì)線要與圓相切，測得的力臂是一些特定值。endprint