对人教版八年级教材中“探究杠杆平衡条件”实验装置的改进

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  摘要:在做“探究杠杆的平衡条件”实验中,我们的做法是在直杠杆两侧挂钩码,移动钩码使杠杆在水平位置静止,直接从杠杆上读出力臂。这样的好处方便测量力臂。但是,这种方法有其局限性的,它不能排除“动力×支点到动力作用点的距离=阻力×支点到阻力作用点的距离”这个特殊的结论。经过改进,本人在杠杆后面添加了背景,使用背景实验时,可以使得力臂不是支点到力的作用点的距离,这样得到的结论就具有普遍性了。
  关键词:杠杆平衡条件;改进;刻度尺型;同心圆型
  1改进的装置图(图1为刻度尺型,图2为同心圆型):
  2特点和用途:
  (1)特点:使用该背景可以使得至少一个力的力臂不在杠杆上,避免结论的偶然性。
  (2)用途:图1的背景相当于加宽的刻度尺,当杠杆倾斜时,可以从背景刻度读出力臂的大小。图2的背景是数个同心圆,同心圆的半径依次是1em、2em、3cm……。如图,测量时使得弹簧测力计与某个圆相切,读出该圆的半径即为该力的力臂。
  3制作材料:
  长40cm、宽30-40cm的平整硬纸板,刻度尺,笔、剪刀、圆规,铁架台,直杠杆,细线,螺母,胶布。
  4制作方法:
  图1刻度尺型背景的制作方法:
  (1)取一块长40em、宽30em平整硬纸板,找出纸板中心,做记号,开孔(此处与杠杆的支点重合,最终要安装在铁架台上)(如图3)。
  (2)使用铅笔和刻度尺画出过中心的直线,该直线要与底边垂直,该直线上标上0,作为0刻度线。然后分别向左和右画出间距为1em的一系列的平行线,并分别标上1、2、3……
  (3)在中心线的上端固定一根线,拴上螺母,做一个重锤线。
  (4)在孔的上端约2em的地方画一条垂直于个平行线的直线。
  图2同心圆型背景的制作方法:
  (1)取一块长40era、宽40em平整硬纸板,找出纸板中心,做记号,开孔(此处与杠杆的支点重合,最终要安装在铁架台上)。
  (2)使用圆规,以中心点为圆心,画出半径分别为1em、2cm、3cm……的同心圆,并标注半径大小。
  (3)用签字笔沿铅笔笔迹重描一遍(如图4)
  5使用方法:
  5.1刻度尺型:
  (1)将铁架台放在水平实验台上,将与杠杆配套的小铁棒固定在铁架台上(如图5)。
  (2)将背景的中心穿入铁棒,转动背景,使重锤线与中心线重合,此时各条平行线都是竖直的。用胶布或夹子将它与铁架台固定。
  (3)将杠杆安装在铁架台上调节平衡螺母,参照上端的水平线使杠杆水平。
  (4)在杠杆左右两侧挂钩码的活动套上拴上细线,细线上挂钩码。使杠杆稍微倾斜并静止。
  (5)读出左右钩码总重即等于动力和阻力的大小,读出挂钩码的细线在背景上的刻度值,即为动力臂和阻力臂的长度。
  优点:两个力臂都不等于支点到力的作用点的距离,所得结论更具普遍性。
  缺点:栓钩码的细线与纸板有一定距离,读数时可能有较大误差。
  5.2同心圆型:
  (1)将铁架台放在水平实验台上,将与杠杆配套的小铁棒固定在铁架台上。(如图6)
  (2)将背景的中心穿入铁棒,用胶布将它与铁架台固定。
  (3)将杠杆安装在铁架台上调节平衡螺母使杠杆水平。
  (4)在杠杆左右两侧挂钩码的活动套上拴上细线,左端细线上挂钩码,右边细线与弹簧测力计相连(或两端都用弹簧测力计)。拉动弹簧测力计,使它与某一个圆相切,并保持杠杆水平
  (5)读出左侧钩码重以及力臂大小,读出右侧弹簧测力计的读数,与细线相切的同心圆的半径,即为对应的力臂大小。(如图7)
  優点:有一个力的力臂不等于支点到力的作用点的距离,得到的结论更具普遍性。
  缺点:细线要与圆相切,测得的力臂是一些特定值。
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