摘 要: 重力的方向總是豎直向下的。利用重力的這個(gè)性質(zhì),,可以制成生活和學(xué)習(xí)中常用的一個(gè)裝置——重垂線。在物理學(xué)習(xí)中,用重垂線檢驗(yàn)了水平和豎直,結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí),作者對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn),使用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置,可以進(jìn)行多次演示和應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 重垂線 改進(jìn) 應(yīng)用
地面附近的物體都會(huì)受到地球?qū)λ奈Α亓Γ⑶抑亓Φ姆较蚩偸秦Q直向下的。利用重力的這個(gè)性質(zhì),可以制成生活和學(xué)習(xí)中常用的一個(gè)裝置——重垂線。在物理學(xué)習(xí)中,用重垂線檢驗(yàn)了水平和豎直,結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí),我對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)(如圖1),不僅可以完成測(cè)水平和豎直,還可以進(jìn)一步加以應(yīng)用,并且能得到良好的效果。
如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置自制起來并不難,ABCD是一個(gè)邊長25CM的正方形,在AD邊上刻著一條與底邊CD垂直的線,并用紅筆描紅。在A點(diǎn)掛上一條重垂線,線的末端綁上一個(gè)圓錐。如果重垂線與紅刻線重合,則必與BC平行,則BC是豎直的,紅刻線與CD垂直,則CD是水平的。在AD邊上有一個(gè)角度盤,當(dāng)?shù)走匔D不水平時(shí),重垂線和紅刻線不重合,從角度盤可以讀出底邊傾斜的方向和角度。
使用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置,可以進(jìn)行多次演示和應(yīng)用,簡介如下。
1.檢驗(yàn)水平。
把CD邊放在要檢驗(yàn)的底面上,觀察重垂線與紅刻線是否重合。如果兩者重合,則CD邊處于水平面,此時(shí),重垂線通過角度盤的0刻線;如果CD不水平,則重垂線與紅刻線不重合,如重垂線偏向角度盤左邊,則底面左低右高;如果重垂線偏向角度盤右邊,則底邊左高右低,并且可以通過重垂線對(duì)應(yīng)的角度讀出底邊的傾斜度。
2.檢驗(yàn)豎直。
將BC邊緊貼墻壁,觀察重垂線是否與紅刻線重合。如果兩者重合,則BC邊與紅刻線、重垂線平行,則墻壁和重垂線的方向一致,也是豎直的;如果兩者不重合,對(duì)應(yīng)角度盤左邊某一刻度,則墻壁上方向儀器方向傾斜,若重垂線對(duì)應(yīng)角度盤右邊某一刻度,則墻壁向儀器反方向傾斜,并且可以從角度盤上讀出傾斜角度。
3.展示豎直向下和垂直底面向下的區(qū)別。
豎直向下和垂直向下方向在受力分析時(shí)經(jīng)常容易混起來,是作力的示意圖的一個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)把物體放在水平面上時(shí),垂直底面向下的方向剛好與豎直向下的方向重合。當(dāng)把物體放在斜面上時(shí),AD邊上的紅刻線與底邊垂直,是垂直向下的方向,而重垂線的方向總是豎直向下。由此,我們可以非常明顯地區(qū)別豎直向下和垂直向下了。
4.尋找物體的重心。
物體的重心是物體所受重力的作用點(diǎn),采用懸掛法可以找到物體的重心。把物體在任何一點(diǎn)懸掛起來,讓重垂線自然下垂,重垂線必然經(jīng)過物體的重心。因此,從不同點(diǎn)把物體懸掛起來,描出重垂線經(jīng)過的路線,則兩條重垂線的交點(diǎn)就是物體的重心了,如圖2。對(duì)于形狀規(guī)則,質(zhì)地均勻的物體,其重心就在物體的幾何中心;形狀不規(guī)則,質(zhì)地不均勻的物體的重心甚至可能不在物體上。
5.利用重垂線可理解穩(wěn)度與支撐面、重力作用線的關(guān)系。
穩(wěn)度是指物體平衡的穩(wěn)定程度,支撐面又叫支面,是指物體與支撐體接觸點(diǎn)圍成的表面,它的大小可能是接觸面積,也有可能是接觸點(diǎn)圍成的表面面積。如圖3,把重垂線系在實(shí)驗(yàn)儀器的重心上,此時(shí)的重垂線就是物體的重力作用線了。把儀器放在兩個(gè)面積很小的方木塊A、B上,此時(shí)的支撐面就是A和B圍成的表面,觀察重垂線,剛好落在支撐面內(nèi),實(shí)驗(yàn)儀器能夠保持平衡。再把A、B并攏,放在儀器底邊偏向一側(cè)的地方,讓重垂線落在木塊A、B之外,放手后觀察儀器是否穩(wěn)定。由此得出穩(wěn)定的一個(gè)條件:重力作用線一定要落在支面上。
重垂線實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)原理簡單、制作簡便、使用方便,應(yīng)用于教學(xué)中能取得良好的效