杠桿要在水平位置平衡的原因

學(xué)科物理

杠桿要在水平位置平衡的原因

——蔣新

目錄一、杠桿及其平衡條件二、由探究杠桿平衡條件引出問題三、實(shí)驗(yàn)前杠桿的受力情況四、探究杠桿平衡條件的方法五、總結(jié)一、杠桿及其平衡條件1.什么是杠桿？

物理學(xué)中，將在力的作用下可繞一固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒成為杠桿。2013新蘇科版物理九年級(jí)《11.1杠桿》P32.杠桿的平衡條件

動(dòng)力x動(dòng)力臂=阻力x阻力臂2013新蘇科版物理九年級(jí)《11.1杠桿》P4二、由探究杠桿平衡條件引出問題

教材強(qiáng)調(diào)，需調(diào)節(jié)杠桿的平衡螺母，使它在水平位置保持平衡。但教材中并沒有具體的說明為什么要在水平位置平衡，難道杠桿傾斜就無法完成實(shí)驗(yàn)探究嗎？就此問題，作者做出系列探討2013新蘇科版物理九年級(jí)《11.1杠桿》P3教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)探究杠桿平衡條件兩個(gè)教學(xué)案例中，授課老師都提到了實(shí)驗(yàn)前需將杠桿在水平位置保持平衡，這真是必須步驟嗎？杠桿平衡條件_01_0301杠桿平衡條件_02_0532三、實(shí)驗(yàn)前杠桿的受力情況

杠桿平衡是指杠桿靜止或勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。通常為了方便實(shí)驗(yàn)，我們祈求的平衡是靜止時(shí)的平衡，也就是水平位置和傾斜位置的平衡。為了探究此次問題，作者分析了兩種平衡下杠桿的受力情況。1.杠桿水平位置平衡時(shí)的受力如右圖：杠桿在水平位置平衡時(shí)，它的支點(diǎn)是O`，重心則在O點(diǎn)，重心是在支點(diǎn)的正下方。這個(gè)時(shí)候，杠桿受到兩個(gè)力的作用，重力G和繩子的拉力F，這兩個(gè)力是平衡力，此時(shí)重力的力臂為0。因此在實(shí)驗(yàn)前調(diào)解杠桿在水平位置平衡消除了杠桿自身重力對(duì)平衡的影響。2.杠桿傾斜位置平衡時(shí)的受力

當(dāng)杠桿傾斜平衡時(shí)，部分人認(rèn)為此時(shí)重心位置在支點(diǎn)O`的正下方右側(cè)，如右圖1，為了平衡杠桿還受到經(jīng)過O`沿杠桿左邊的摩擦力f。

作者認(rèn)為右圖1中對(duì)杠桿受力分析有誤。摩擦力f和懸線拉力F的合力過支點(diǎn)O`指向左上方，這個(gè)合力無法與重力G平衡。正確的受力應(yīng)該是右圖2所示，此時(shí)重心仍然在支點(diǎn)O`的正下方此時(shí)的重力臂仍然為0。圖1圖2四、探究杠桿平衡條件的方法

了解了實(shí)驗(yàn)前的兩種情況下杠桿平衡時(shí)的受力情況，就可以對(duì)杠桿平衡問題做更深一步的研究，探究杠桿平衡條件的方法也有兩種。1.水平位置平衡

如圖3所示，安裝好杠桿，調(diào)節(jié)兩端的平衡螺母，使杠桿在水平位置平衡；如圖4所示，在杠桿的左邊掛一定數(shù)量的鉤碼，用彈簧測(cè)力計(jì)在某一位置豎直拉住杠桿，使杠桿在水平位置平衡，分別記下動(dòng)力F1，動(dòng)力臂L1，阻力F2，阻力臂L2。圖3圖4分析：

實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)杠桿在水平位置平衡，重力的力臂為0，當(dāng)杠桿上施加了動(dòng)力F1和阻力F2以后仍然使杠桿水平位置平衡，此時(shí)杠桿的重心位置沒有變化，影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力只有動(dòng)力和阻力，力臂可以直接讀取，這種方法簡(jiǎn)單易行1.傾斜位置平衡

如圖5所示，安裝好杠桿無需調(diào)節(jié)平衡螺母，杠桿在傾斜位置平衡，記下懸線與杠桿夾角a。如圖6所示在杠桿的左邊掛一定數(shù)量的鉤碼，用彈簧測(cè)力計(jì)某一位置豎直拉住杠桿，使杠桿在傾斜位置平衡，并保持懸線與杠桿夾角a分別記下動(dòng)力F1，動(dòng)力臂L1，阻力F2，阻力臂L2。圖5圖6分析：實(shí)驗(yàn)沒有前調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母，杠桿重力的力臂仍然為0，當(dāng)杠桿上施加了動(dòng)力F1和阻力F2以后仍然相同傾斜位置平衡，此時(shí)杠桿的重力臂仍然為0，影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力只有動(dòng)力和阻力兩個(gè)力。實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵有兩點(diǎn)：一是保持懸線與杠桿的夾角a不變，如果杠桿上施加動(dòng)力和阻力后，杠桿平衡時(shí)懸線與杠桿夾角a發(fā)生了變化，杠桿重力的力臂將不再是0，此時(shí)影響杠桿轉(zhuǎn)動(dòng)的力將會(huì)有動(dòng)力、阻力和杠桿自重三個(gè)力，初中階段不研究三個(gè)力的杠桿平衡問題。二是力臂的測(cè)量。力臂不能從杠桿上直接讀取，必須測(cè)量從支點(diǎn)到力作用線的距離，這回給實(shí)驗(yàn)帶來很大的測(cè)量難度和測(cè)量誤差。五、總結(jié)一、實(shí)驗(yàn)前杠桿調(diào)節(jié)水平或者不調(diào)節(jié)水平都可以消除杠桿自重對(duì)平衡的影響，實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)僅僅是為了方便讀取力臂，這與傳統(tǒng)的解釋實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)是為了消除杠桿自身重力影響是存在偏差的。二、實(shí)驗(yàn)教