張秀娟?ば蝦８???

[摘要]初中生的動手實驗?zāi)芰ο鄬^弱，而實驗操作過程中，可能會產(chǎn)生種各問題，如何有效解答學(xué)生實驗過程中的問題值得廣大教師思考。文章以“探究杠桿的平衡條件”實驗為例，解讀該實驗的相關(guān)問題，尤其是與中考相關(guān)的問題。

[關(guān)鍵詞]探究；杠桿平衡；實驗

[中圖分類號]G633.7[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2017）17004002

探究杠桿平衡條件是初中物理的重點實驗之一，也是較難的實驗之一。在教學(xué)過程中，由于學(xué)生存在知識與經(jīng)驗的不足，常有這樣或那樣的疑惑，對某個問題總不清晰或存在某些誤區(qū)。下面就本實驗的問題進行分析解讀，供大家在教學(xué)中參考。

問題1.探究杠桿平衡條件的實驗?zāi)康氖鞘裁矗?/p>

【解讀】實驗?zāi)康木褪窃搶嶒炈鉀Q的問題，就是探究杠桿的平衡條件或者說是探究杠桿原理。

問題2.探究杠桿平衡條件需要哪些器材？

【解讀】一般情況下需要杠桿、支架、刻度尺、細線、質(zhì)量相同的鉤碼若干。有時將杠桿與直尺組合成杠桿平衡儀，且杠桿平衡儀上有專門掛鉤碼的鐵絲環(huán)或塑料滑環(huán)，這時可不用細線，如圖1所示的杠桿。如果杠桿上沒有鐵絲環(huán)或塑料滑環(huán)，則要用細線制作滑環(huán)，如圖2所示。

圖1圖2

問題3.使用杠桿平衡儀，為什么還用刻度尺呢？

【解讀】杠桿平衡儀上每大格并不都是1cm，有的是2cm或3cm或4cm或5cm，如果杠桿上標有5、10、15、20的字樣，表示每大格為5cm，可能每大格還分成5至10個小格，實驗時可不用刻度尺，如果杠桿上只標注分格線，沒有數(shù)字，在直接讀取力臂時，每格是多少厘米不能確定，操作時要求先用刻度尺測出每格是多少厘米，最后計算力臂。如果按格數(shù)來讀取力臂，實際上是讀取力臂是多少格，雖然不影響探究的結(jié)論，但實際上忽略了力臂的單位，如果在實驗的表格中給出力臂的單位，這時就不能用格數(shù)來表示。

問題4.杠桿在什么狀態(tài)才平衡？

【解讀】物體處于平衡狀態(tài)的條件是物體受到平衡力作用或不受力，此時，物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們說該物體處于平衡狀態(tài)。物體受多個力作用平衡時，這些力的作用線是交于一點的；杠桿在幾個力作用下，不平衡時，這幾個力的作用線并不相交于一點。當杠桿受兩個力作用時，應(yīng)當使杠桿向相反方向轉(zhuǎn)動的力與力臂的乘積相等，這樣杠桿才能平衡。杠桿平衡指杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)。

問題5.為什么在實驗前與實驗過程中都讓杠桿在水平位置平衡？

【解讀】實驗前使杠桿在水平位置平衡的作用是：使杠桿的重心落在支點上（重力的作用線經(jīng)過支點），這樣杠桿自重的力臂等于0，如圖3所示，這時杠桿重力對杠桿的轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生影響，這樣就避免杠桿自重對實驗的影響。而實驗過程中使杠桿在水平位置平衡的目的是使動力與阻力的力臂正好落在杠桿上，如圖4所示，這樣便于測量力臂。

圖3圖4

問題6.實驗前與實驗過程中怎樣使杠桿平衡？具體有何技巧？

【解讀】實驗前是通過調(diào)節(jié)平衡螺母來實現(xiàn)的；技巧是杠桿的哪側(cè)高，可將任一側(cè)的螺母向該側(cè)調(diào)。如圖5所示，應(yīng)該將左側(cè)或右側(cè)的平衡螺母向左調(diào)。實驗過程中是通過增減鉤碼個數(shù)（或改變拉力）或移動鉤碼的位置來實現(xiàn)的；技巧是哪側(cè)高，可向哪側(cè)增加鉤碼（或在另一側(cè)減少鉤碼），也可將鉤碼向高的一側(cè)移動。如圖6所示，可以在杠桿左側(cè)增加鉤碼，可在杠桿的右側(cè)減少鉤碼個數(shù)，可以將左側(cè)鉤碼向左移動，也可將右側(cè)鉤碼向左移動。

問題7.只測一組數(shù)據(jù)得出“動力+動力臂=阻力+阻力臂”，這一結(jié)論為什么是錯誤的？如果得出“動力×動力臂=阻力×阻力臂”這一結(jié)論算正確嗎？

【解讀】前者是錯誤的，因為不同的物理量不能加減；后者結(jié)論是正確的，但這樣處理數(shù)據(jù)，就得出結(jié)論是不妥的。因為一次實驗，結(jié)論具有偶然性，結(jié)論往往不具有普遍性。

問題8.為什么要多次測量，而且是在改變動力或阻力、改變力臂的不同情況下來進行呢？

【解讀】物理學(xué)上，在測量某個固定物理量時，多次測量的目的是取平均值，減小誤差；在找規(guī)律的實驗中，一次測量具有偶然性，結(jié)論不可靠，只有進行多次實驗與測量，才能對數(shù)據(jù)進行歸納總結(jié)，這樣得出的結(jié)論才具有普遍性。同樣，如果只改變動力或阻力，也能得出結(jié)論，但它應(yīng)該加上“力臂不變時”這個條件；其實，力臂變化時，杠桿的平衡條件也是成立的，不多次改變力或力臂，雖然能得出結(jié)論，但它不代表任何情況下都成立，實驗不符合普遍情況下總結(jié)物理規(guī)律的要求。

問題9.“動力×支點到動力作用點的距離=阻力×支點到阻力作用點的距離”這一結(jié)論是否正確？

【解讀】這個結(jié)論是在動力與阻力都在豎直的情況下成立，而在動力或阻力不豎直時則不成立。因為只有在兩個力都豎直時，力臂與支點到力的作用點間距離成正比，如果力不豎直，則這一比例關(guān)系不存在。

問題10.實驗中動力與阻力都是豎直的，這算不算實驗結(jié)論還具有特殊性呢？

【解讀】算，按道理應(yīng)該探究動力、阻力在各種方向時的結(jié)論，考慮到不豎直的動力或阻力，它有力臂不落在杠桿上的情況，這樣給力臂測量帶來一定的難度，為了降低難度，在初中探究中不作“必須”的要求。

問題11.如果要進一步探究動力與阻力在任意方向上杠桿平衡條件都成立，應(yīng)該怎么做？

【解讀】這就要利用測力計提供拉力，并測出力的大小，同時利用三角板與直尺來測量力臂。往往要兩人合作或增加一塊豎直的紙板，用鉛筆描出力的方向，用三角板在紙板上畫出力臂，再測量。

問題12.為什么在杠桿兩邊不同的位置掛適當?shù)你^碼，杠桿也能平衡？為什么實驗時不這樣探究呢？

【解讀】實際上應(yīng)該按照如圖7所示的方式來探究。要知道，力與力臂的乘積是有方向的，這個方向就是杠桿轉(zhuǎn)動的方向。使杠桿轉(zhuǎn)動方向相同的“力與力臂的乘積”就像物體在某點受到相同方向的力一樣，可以相加。廣義上，杠桿的平衡條件應(yīng)該是使杠桿轉(zhuǎn)動方向相反的“力與力臂乘積的代數(shù)和相等”，而初中不作要求，如果這樣探究，就便于歸納總結(jié)結(jié)論。

問題13.實驗表格上“力×力臂”的單位有的用N·m，也有的用N·cm，為什么都可以？

【解讀】前者單位為國際單位，后者單位為常用單位，其實，杠桿平衡條件兩邊的單位是相同的，可以削除，兩種單位都不影響結(jié)論的得出，但兩邊單位要一致。

問題14.用測力計代替鉤碼，進行實驗，有何優(yōu)點與缺點？

【解讀】用測力計代替鉤碼有兩種方式，如圖8與如圖9所示，優(yōu)點是鉤碼位置一旦確定，測力計拉力的作用點也確定，很容易使杠桿在水平位置處于平衡，且容易讀出拉力的大小。缺點是很難保持測力計呈豎直狀態(tài)，這樣力臂與支點到力的作用點間的距離不重合，拉力的力臂總是偏小，因而拉力總是偏大。

問題15.若支點不在杠桿的中點，實驗時為什么得不出杠桿的平衡條件？

【解讀】如圖10所示，在這種情況下，杠桿重心不在支點上，杠桿自身的重力對實驗產(chǎn)生影響，相當于杠桿在三個力作用下平衡，而實驗時往往沒有把杠桿重力產(chǎn)生的效果加入分析之列，這時測出的拉力偏大，最后結(jié)論與杠桿平衡條件不相符。

[參考文獻]

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（責任編輯易志毅）