权亮 蒋燕

【关键词】物理教学;杠杆力臂教学;测量仪的制作;使用

【中图分类号】G633.7【文献标识码】A

【文章编号】1004-0463（2019）11-0121-01

在中学物理教学中，杠杆实验教学是力学中极为重要的内容之一。杠杆力臂作图和杠杆平衡条件探究实验是本章节的重难点所在，若要正确地画出杠杆力臂，要建立在对力臂和力的作用线这两个概念的正确理解之上;若要进行探究“杠杆平衡条件”实验，必须要能准确地测量出任意方向力的力臂是关键。现公知的关于杠杆的实验器材，对力臂和力的作用线这两个概念的理解几乎没有帮助，导致学生在力臂作图时错误百出。对于任意方向力的力臂大小的测量尚不能全覆盖，致使学生对杠杆平衡条件还存有疑惑。为此，笔者通过潜心思考和反复尝试，设计出了杠杆力臂教学与测量仪，可以帮助学生对力臂的正确理解和准确测量。

一、关于杠杆力臂测量器材的类型及局限性分析

第一类，课本和实验室普遍使用的实验器材如图一所示，它只能探究出直杠杆在水平位置静止时的平衡条件，从对力臂的理解和测量来讲不足有三：一是没有标识出力臂就是一条线段，对于力臂概念的理解没有帮助;二是当杠杆倾斜静止时无法测量力臂，对于什么是杠杆平衡有误导之嫌，有部分学生认为杠杆倾斜静止就不平衡;三是刻线落在杠杆上，会导致部分学生认为力臂始终在杠杆之上。

第二类，如图二所示是杠杆平衡条件探究仪，它能较好地利用角度盘和指针解决了杠杆平衡的定位问题，能利用互变杠桿解决杠杆单一的问题，能利用悬挂法探究得出曲直杠杆的具有普遍意义的平衡条件。但从对力臂的认识和测量来讲，也存在以下不足：一是它只能测量竖直向下的力的力臂，对于其他方向的力的力臂则无法测量;二是力臂失位，部分学生会认为力臂始终不在杠杆上，而在杠杆的下方，三是它未标识出杠杆是一条线段。

第三类，如图三所示，是可测多方向力的力臂实验器，它虽然能够旋转测量多个方向力的力臂，但仍有不足，一是没有标识出力臂是一条线段;二是有些力的力臂它还是无法测量，如图四所示。二、杠杆力臂教学与测量仪的制作与使用

1.制作。用一根长宽厚分别为26mm、30mm、1mm的硬质透明塑料尺，在一端的中间位置，钻一小孔（直径略大于转轴直径），其孔心为支点，再在尺子的中央沿尺长刻一条直线，作为力臂线，以圆心为起点，10mm为分度值，沿尺长刻上刻线，再用长宽分别为50mm、10mm的薄铁片，两头缩进10mm并向上弯折成九十度角成凹槽，将尺子嵌进凹槽，在凹槽两侧中间高约1mm处对称地钻两个直径约为1mm的小孔，将长约150mm，直径为1mm硬质细棒（力的作用线）穿过两小孔，凹槽紧贴尺底面和两侧，细棒紧贴尺面，使得尺子恰能滑动为宜，细杆紧密穿过两个小孔，但也要能来回抽动为好。这样，力臂线就跟细棒保持垂直，则转孔圆心和垂足之间的距离就是力臂了。如图五所示。

2.使用。将转孔套在转轴上，处于杠杆的前面，当杠杆受力并恢复原平衡后，转动透明尺，并滑动细棒，使细棒的一部分或全部跟力的拉线完全重合，则细棒所在的刻线位置即为力臂的大小，拉线所在的直线即为力的作用线，现存器材不能测量的力臂，使用杠杆力臂教学与测量仪能够较好地解决，而且在多数情况下，力臂线、力的作用线和支点到力的作用点的连线围成一个直角三角形，如图六所示。