自制教具：力臂測量器

河北省寧晉縣實(shí)驗(yàn)中學(xué) 牛玲玲 劉立青 馬俊平

學(xué)生在做“探究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要把杠桿調(diào)節(jié)到水平位置平衡，目的是便于測量力臂的長度。但如果杠桿在非水平位置平衡時(shí)，如何測量力臂的長度呢？我們自制的力臂測量器就可以方便地解決這個(gè)問題，并且還能完成較長力臂的測量。

教具特點(diǎn)：1.廢棄物品再利用，價(jià)格低廉，使用方便。

2.解決了杠桿處于非水平位置平衡時(shí)力臂測量困難以及力臂較長時(shí)測量困難的問題。

3.突破認(rèn)知難點(diǎn)：當(dāng)改變用力的方向時(shí)，力臂長度變化與力的大小變化之間的關(guān)系。

制作方法：1.選用一個(gè)量程為2 m 的盒尺（也可以選擇量程更大的盒尺）。

2.把廢舊天線安裝在盒尺上，安裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是：把天線用合適的金屬配件固定在盒尺上，能上下扳動(dòng)，給它起名叫“標(biāo)桿”，并使標(biāo)桿始終與盒尺的尺面垂直，如圖1 所示。

使用方法：1.杠桿在非水平位置平衡時(shí)力臂的測量。

（1）把力臂測量器的掛鉤（即盒尺尺面最前端的掛鉤）掛在支點(diǎn)位置。

（2）使標(biāo)桿與左側(cè)拉力F1的作用線重合，根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)標(biāo)桿的長度。

（3）支點(diǎn)到標(biāo)桿的距離就是支點(diǎn)到左側(cè)拉力F1作用線的距離，即力臂l1，讀出標(biāo)桿在尺面上對應(yīng)的刻度，如圖2 所示。

（4）用同樣方法測量右側(cè)拉力F2的力臂l2，如圖3 所示。

2.較長力臂的測量。

生活中使用杠桿的例子很多，有時(shí)力臂是很長的，如撬棒、釣魚竿等。下面以使用木棍提起重物為例，如圖4 所示，分別測量阻力臂和動(dòng)力臂。

（1）阻力臂的測量：需要兩位學(xué)生配合，其中一位同學(xué)將掛鉤固定在支點(diǎn)位置（即木棍左端），另一位同學(xué)把力臂測量器的標(biāo)桿拉長并扳到朝上的方向，然后拉動(dòng)盒尺，直到標(biāo)桿與掛重物的繩子完全重合，標(biāo)桿在尺面對應(yīng)的刻度即阻力臂的長度，如圖5 所示。

（2）動(dòng)力臂的測量：同樣方法，固定掛鉤，拉動(dòng)盒尺，直到標(biāo)桿與提木棒的用力方向（即圖中手臂方向）一致，標(biāo)桿在尺面對應(yīng)的刻度即動(dòng)力臂的長度，如圖6 所示。

3.突破認(rèn)知難點(diǎn)：當(dāng)改變用力的方向時(shí)，力臂長度變化與力的大小變化之間的關(guān)系。

如圖7、圖8、圖9 所示，改變用力的方向，可以觀察到動(dòng)力臂會(huì)變長，同時(shí)對應(yīng)的測力計(jì)示數(shù)會(huì)變小。從而總結(jié)出規(guī)律：當(dāng)阻力、阻力臂一定時(shí)，動(dòng)力臂越長越省力。