“探究杠桿的平衡條件”實驗面面觀

朱榮雙

【摘要】杠桿如何調節水平位置平衡、杠桿為何要水平位置平衡、如何改進實驗、多次實驗的目的、杠桿中點作為支點的目的、杠桿平衡的結論、杠桿平衡的應用等，可以從中發現每個問題的目的及對應解決方法，達到有問題、有辦法、有交流、有應用這樣的目的，實現“科學態度、社會責任”的維度目標.

【關鍵詞】杠桿平衡；初中物理；實驗教學

在初中物理力學實驗中，“探究杠桿的平衡條件”實驗綜合性比較強，所以一直是中考命題的“寵兒”，在此實驗中考查的方式和內容也很多，因此要重視“探究杠桿平衡條件”實驗，從不同角度去認識和理解，更要在課堂上親自動手探究，從科學探究的“問題、證據、解釋、交流”這四個維度進行學習，把此實驗從各個方面挖深、挖透，促進學生科學思維的全面發展.

下面從發散多問題的角度來看看“探究杠桿平衡條件”實驗.

例1 小宇所在學習小組利用鐵架臺、刻度均勻的輕質杠桿、質量相等的鉤碼和彈簧測力計等器材探究杠桿的平衡條件.

（1）如圖1甲所示，杠桿此時處于靜止不動，這個時候杠桿______（選填“是”或“否”）處于平衡狀態.為了方便測量力臂，需要調節杠桿在水平位置平衡，應當將杠桿的平衡螺母向______（選填“右”或“左”）調節；這樣調節杠桿兩端平衡螺母的原因是更便于去測量______；杠桿的中點作為支點，這樣做是為了避免杠桿______對實驗平衡的干擾.

（2）學習小組開始進行實驗，首先在杠桿兩端兩側掛上鉤碼，作為杠桿的兩個力，待杠桿平衡時，用刻度尺分別量出杠桿的動力臂和阻力臂，記錄在表格中，然后再按照類似的方法進行多次實驗記錄.

分析表中實驗數據，得出杠桿的平衡條件為______（用F、F、l、l表示）；本次探究經過多次實驗的目的是____________.第3次實驗的這種杠桿的特點是______（選填“省力”“省距離”或“不省力也不費力”），教室里的勞動工具中有這類杠桿，請舉一例：______；并簡要說明你的判斷理由：______.

（3）如圖1乙所示，將A、B位置的鉤碼個數都增加一個，杠桿將會______（選填“仍然平衡”“左端下沉”或“右端下沉”）.

（4）如圖1丙所示，小宇在圖1乙的基礎上保持A點所掛鉤碼的數量和位置不變，將彈簧測力計繞C點從a位置轉到b位置時杠桿仍然保持水平平衡，在a位置豎直向上的拉力為F，在b位置斜向上的拉力為F，則此時彈簧測力計的示數F______（選填“＞”“＜”或“＝”）F.

（5）如圖2是猴和兔分蘿卜過程的兩幅漫畫.兩人對此結果都很滿意，其實仍是不公平的，這是因為根據杠桿的平衡條件可知，實際上猴子分得的蘿卜重量______（選填＞、＜或=）兔子分得的蘿卜重量.

答案：（1）是；右；力臂；自重（2）Fl=Fl；為了尋找普遍性規律；省距離；掃帚；掃帚在使用時，動力臂小于阻力臂；（3）左端下沉；（4）＜；（5）大于.

解析 （1）對于杠桿來說，只要處于靜止不動或勻速轉動時，就屬于平衡狀態，而圖甲中杠桿恰恰處于靜止不動，故這時杠桿處于平衡狀態；從圖甲中可以看出，杠桿的左端向下傾斜，說明左端沉，為使杠桿在水平位置平衡，則應將平衡螺母向右調節；若杠桿傾斜則杠桿的力臂不在杠桿上，測量起來不方便，因此調節杠桿水平位置平衡，目的是方便測量力臂，更好地進行實驗探究.實驗中，把杠桿的中點作為支點主要是避免杠桿自身重力對杠桿平衡的干擾和影響.

（2）通過對表格數據進行分析，根據不同物理量不能相加減，只能相乘除的原則，不難得出動力×動力臂=阻力×阻力臂的結論；往往一次實驗得到結論具有偶然性，不具有普遍性，因此要進行多次實驗，這樣才能使獲得的規律具有普遍性.判斷杠桿的類別可以根據杠桿的動力臂與阻力臂的長短進行判斷，由表格中可以看出，此次動力臂小于阻力臂，所以為費力杠桿，因此省距離；教室里掃帚、笤帚、拖布等都屬于費力杠桿，因此它們都是動力臂小于阻力臂.

（3）杠桿左端鉤碼所掛的位置為3個格，右端鉤碼所掛的位置為2個格，根據杠桿平衡條件可知，左端力和力臂乘積比右端力和力臂乘積大，所以杠桿右端上升，左端下降.因此在判斷杠桿平衡情況時，一定要根據杠桿平衡條件，要比較力和力臂的乘積，哪個乘積大哪端沉.

（4）將彈簧測力計繞C點從a位置轉到b位置時杠桿仍然保持水平平衡，對比兩次的力臂即可看出在b位置時的力臂變小，根據杠桿平衡的原理Fl=Fl，在阻力和阻力臂不變的條件下，減小動力臂，可知杠桿動力將會增大，即彈簧測力計示數將會增大.

（5）此問屬于杠桿平衡條件的應用問題，根據力臂大小來確定力的大小.如圖3所示，

以O為支點，左端的重心在A處，右端的重心在B處，l＜l，也就是A端一側的力臂小于B端一側的力臂，根據杠桿平衡的條件可知G l=G l，因為l＜l，所以G＞G，故猴子分得的蘿卜重量大于兔子分得的蘿卜重量.

點評 對于杠桿平衡條件實驗，如何調節、為什么在水平位置平衡、中點作為支點的目的及多次實驗的目的，這是我們需要解決的問題.可以通過口訣“左低右調，右低左調”進行解決，同時也要關注實驗的改進方法，可以通過測力計進行測量，能夠更好地研究力的方向是否會影響杠桿的平衡，同時可以解決杠桿的動態平衡問題.

通過對上述多問題的實驗的分析，可以從中發現每個問題的目的及對應解決方法，達到有問題、有辦法、有交流、有應用這樣的目的，實現“科學態度、社會責任”的維度目標.對于一個實驗應該從多角度去發現問題，才能更好地把實驗各個環節理解透，因此在平時的學習中一定要善于發現問題，多動手、多動腦.在平時的實驗中，只有親身經歷了才能更好地解決問題，我們還可以對實驗進行拓展、延伸，通過科學方法接觸研究實驗，避免進行題海的疲勞戰術，而是通過靈活、多樣的變通方式，去看待解決一類問題，這樣才能收到更好的效果.