利用重锤线制作精密水平尺

黄仪华　张晓玲

利用重锤线可以制作精密水平尺，不仅制作工艺简单，而且测量精密，既整合了三角板原有功能，还能测出物体表面的坡角。

在生活中，人们常常使用水平尺来检测物体是否水平，常见的是水准泡式水平尺，如图1所示。它是靠玻璃管内水准泡的移动来判断物体是否水平的，当水平尺发生倾斜时，气泡就会向升高的一端移动，从而判断物体表面哪一端高，哪一端低。

笔者在使用普通水平尺的过程中，发现其存在以下几个弊端。

（1）制作工艺复杂。由于水平尺是通过观察气泡的移动来判断物体是否水平的，气泡的大小决定了水平尺的精密程度，因此，气泡不能太大，也不能太小，这给水平尺的制作带来了麻烦。

（2）测量不够精密。使用水平尺时，是通过观察气泡是否处于中心位置来判断物体是否水平，在观察判断过程中，人为因素所造成的误差比较大。

（3）在使用过程中只能判断物体是否水平，但物体表面的坡角具体是多大，则无法测量。

为了改进普通水平尺的不足，笔者设计了如图2所示的实验装置，不仅制作工艺简单，而且测量精密，既整合了三角板原有功能，还能测出物体表面的坡角。

1 器材

普通量角器、细线、小圆锥体、教学用三角板、强力胶。

2 制作方法

（1）将量角器刻度按照如图3所示改进。

（2）用细线和圆锥体做成重锤线。

（3）用强力胶依图2所示，将量角器、教学用三角板粘合在一起，注意使量角器的零刻度线与三角板的底边垂直。

（4）用强力胶将重锤线一端固定在量角器中心处。

3 使用方法

将三角板底边紧贴被测物体表面竖直放置，如图4所示。

如果被测物体表面水平，那么重锤线将与量角器的零刻度线重合；如果被测物体表面不水平，那么重锤线在量角器上所指示的角度即等于被测物体表面的坡角。

4 工作原理

对图4用几何图形简化，

可得图5，由于量角器零刻度

线与物体表面垂直，重锤线与水平面垂直，所以量角器零刻度线、重锤线、斜面所组成的三角形与重锤线、斜面、水平面所组成的三角形是相似三角形。由相似三角形的特点可推出：∠1和∠2相等，所以，量角器零刻度线与重锤线的夹角等于被测物体表面与水平面所成的角度，即坡角。