重垂線的改進和應用

　　摘 要： 重力的方向總是豎直向下的。利用重力的這個性質，，可以制成生活和學習中常用的一個裝置——重垂線。在物理學習中，用重垂線檢驗了水平和豎直，結合數學知識，作者對這個實驗裝置進行了改進，使用改進后的實驗裝置，可以進行多次演示和應用。
　　關鍵詞： 重垂線 改進 應用
　　地面附近的物體都會受到地球對它的吸引力——重力，并且重力的方向總是豎直向下的。利用重力的這個性質，可以制成生活和學習中常用的一個裝置——重垂線。在物理學習中，用重垂線檢驗了水平和豎直，結合數學知識，我對這個實驗裝置進行了改進（如圖1），不僅可以完成測水平和豎直，還可以進一步加以應用，并且能得到良好的效果。
　　如圖1的實驗裝置自制起來并不難，ABCD是一個邊長25CM的正方形，在AD邊上刻著一條與底邊CD垂直的線，并用紅筆描紅。在A點掛上一條重垂線，線的末端綁上一個圓錐。如果重垂線與紅刻線重合，則必與BC平行，則BC是豎直的，紅刻線與CD垂直，則CD是水平的。在AD邊上有一個角度盤，當底邊CD不水平時，重垂線和紅刻線不重合，從角度盤可以讀出底邊傾斜的方向和角度。
　　使用改進的實驗裝置，可以進行多次演示和應用，簡介如下。
　　1.檢驗水平。
　　把CD邊放在要檢驗的底面上，觀察重垂線與紅刻線是否重合。如果兩者重合，則CD邊處于水平面，此時，重垂線通過角度盤的0刻線；如果CD不水平，則重垂線與紅刻線不重合，如重垂線偏向角度盤左邊，則底面左低右高；如果重垂線偏向角度盤右邊，則底邊左高右低，并且可以通過重垂線對應的角度讀出底邊的傾斜度。
　　2.檢驗豎直。
　　將BC邊緊貼墻壁，觀察重垂線是否與紅刻線重合。如果兩者重合，則BC邊與紅刻線、重垂線平行，則墻壁和重垂線的方向一致，也是豎直的；如果兩者不重合，對應角度盤左邊某一刻度，則墻壁上方向儀器方向傾斜，若重垂線對應角度盤右邊某一刻度，則墻壁向儀器反方向傾斜，并且可以從角度盤上讀出傾斜角度。
　　3.展示豎直向下和垂直底面向下的區別。
　　豎直向下和垂直向下方向在受力分析時經常容易混起來，是作力的示意圖的一個難點。當把物體放在水平面上時，垂直底面向下的方向剛好與豎直向下的方向重合。當把物體放在斜面上時，AD邊上的紅刻線與底邊垂直，是垂直向下的方向，而重垂線的方向總是豎直向下。由此，我們可以非常明顯地區別豎直向下和垂直向下了。
　　4.尋找物體的重心。
　　物體的重心是物體所受重力的作用點，采用懸掛法可以找到物體的重心。把物體在任何一點懸掛起來，讓重垂線自然下垂，重垂線必然經過物體的重心。因此，從不同點把物體懸掛起來，描出重垂線經過的路線，則兩條重垂線的交點就是物體的重心了，如圖2。對于形狀規則，質地均勻的物體，其重心就在物體的幾何中心；形狀不規則，質地不均勻的物體的重心甚至可能不在物體上。
　　5.利用重垂線可理解穩度與支撐面、重力作用線的關系。
　　穩度是指物體平衡的穩定程度，支撐面又叫支面，是指物體與支撐體接觸點圍成的表面，它的大小可能是接觸面積，也有可能是接觸點圍成的表面面積。如圖3，把重垂線系在實驗儀器的重心上，此時的重垂線就是物體的重力作用線了。把儀器放在兩個面積很小的方木塊A、B上，此時的支撐面就是A和B圍成的表面，觀察重垂線，剛好落在支撐面內，實驗儀器能夠保持平衡。再把A、B并攏，放在儀器底邊偏向一側的地方，讓重垂線落在木塊A、B之外，放手后觀察儀器是否穩定。由此得出穩定的一個條件：重力作用線一定要落在支面上。
　　重垂線實驗儀器的改進原理簡單、制作簡便、使用方便，應用于教學中能取得良好的效