關于杠桿在水平位置平衡的討論

高智斌

摘要：筆者從事中學物理教育多年，看到過很多資料，聽到過很多老師，關于探究杠桿平衡條件的實驗 ——杠桿在水平位置平衡的表述，總感覺有失偏頗，就萌生寫篇文章，想和同行交流討論。

關鍵詞：物理教育;杠桿;平衡

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）04-070-1

當然，大家都清楚，杠桿在傾斜位置的靜止，也為杠桿平衡狀態，同樣滿足杠桿平衡條件。如圖1所示，只不過這種情況要注意力臂并非OA、OB ，力臂不與杠桿重合，而是L1、L2，所以實驗時測量力臂不方便。

既然杠桿在傾斜位置靜止也是平衡，那為什么實驗探究時，非得選在水平位置平衡呢？籠統的講，是為了方便實驗。如果要具體說明，得分掛鉤碼前和掛鉤碼后進行講解。并且，先講解掛鉤碼后杠桿在水平位置平衡的原因。關于這點，大家的觀點是一致的。如圖2所示，杠桿在水平位置平衡，力臂為OA 、OB，正好與杠桿重合，而杠桿上標有刻度，這樣就能非常方便地從杠桿上直接讀出力臂了。

掛上鉤碼，需要測量力臂，為了方便測量力臂，使杠桿在水平位置平衡，這個大家都好理解。重點是未掛鉤碼，并不需要測量力臂，為什么也要在水平位置平衡呢？就關于這方面，大家的分歧比較多。

分歧1：以為重心在杠桿的支點上。實際不然，制作杠桿時，為了增強杠桿的穩定性，將杠桿的支點置于重心以上，即重心放在支點以下，降低重心。如圖3所示。

分歧2：在水平位置平衡，使杠桿重力力臂為0，消除杠桿自重對杠桿平衡的影響。這樣解釋，不能讓人信服。因為杠桿在傾斜位置靜止，如圖4所示，杠桿受到支持力和重力作用，因為二力平衡，二力共線，所以重力作用線經過支點，杠桿重力力臂也為0，自然杠桿自重對杠桿平衡也沒有影響。

正解：掛鉤碼前，如果在傾斜位置平衡，如圖5所示（圖中O為支點，G為重心），重心在支點正（豎直）下方，關鍵的是掛上鉤碼后，最終要在水平位置靜止，如圖6所示杠桿重心位置移動（左移），這樣杠桿重力的力臂不為0，這樣就會影響掛上鉤碼的重力大小，從而影響實驗研究結果的準確性，甚至導致得到錯誤的結論。所以掛鉤碼前使杠桿在水平位置平衡，是為了與掛鉤碼后在水平位置平衡保持一致，大的目的是為后來方便測量力臂服務的，更為具體的目的是消除杠桿自重對實驗結果的影響，或表述為消除杠桿自重對杠桿水平位置平衡的影響，而不宜表述為消除杠桿自重對杠桿平衡的影響。

下面是2007年安徽中考物理一道關于杠桿的題目，筆者感覺其中表述有待商榷。

【2007安徽中考】20.圖為探究“杠桿的平衡條件”的實驗裝置.實驗中：

（1）首先應調節杠桿兩端的螺母，使杠桿在不掛鉤碼時處于水平位置平衡狀態，這一調節過程中的目的為了使杠桿的自重對杠桿平衡不產生影響，這時杠桿重力的力臂為___________.

（2）實驗過程中，給杠桿兩端掛上不同數量的鉤碼，移動鉤碼的位置，使杠桿保持水平平衡狀態，這時就可讀出相應的數據，當然也可通過移動鉤碼的位置使杠桿在傾斜狀態下達到平衡，并進行相關數據的測量，但我們總是選取杠桿的水平平衡狀態進行實驗，其原因主要是____________。

總結：題（1）的表述“這一調節的過程的目的是為了使杠桿的自重對杠桿平衡不產生影響”有些不妥，應該表述為“使杠桿的自重對杠桿水平平衡不產生影響”或“消除杠桿自重對實驗結果的影響”，這樣表述更準確，不知大家意見如何。

[參考文獻]

[1]謝杰妹，黃靜.基于STEM理念的初中科學概念教學設計——以杠桿教學為例[J].物理教學探討，2019，37（7）.

[2]季濤.多力作用下的杠桿平衡[J].數理天地（初中版），2013，（5）：6-8.

（作者單位：桐城市第二中學，安徽 桐城 231400）