共点力平衡受力分析仪

张亦翻，黄悦微，温建平,张灵辉

(1.广东梅雁东山学校,广东 梅州 514011;2.嘉应学院,广东 梅州 514015)



共点力平衡受力分析仪

张亦翻1，黄悦微1，温建平2,张灵辉2

(1.广东梅雁东山学校,广东 梅州 514011;2.嘉应学院,广东 梅州 514015)

对传统共点力平衡实验仪进行了改进，添加了可以显示力的径迹、角度及三角函数值的自制刻度盘，使实验更加直观。同时对实验装置的收纳等功能做了细致地设计，使仪器更加轻巧，方便携带.

共点力；力学平衡；三角函数

为了提高共点力平衡教学的质量，让学生通过自己动手实验得到结论，笔者对传统共点力平衡实验仪器进行了重新设计并制作了刻度板，改进后的装置可显示物体的受力情况和三角函数，实验过程简单，实验结果直观.

1　共点力平衡受力分析仪的设计

共点力平衡受力分析仪的主要结构如图1所示，其中，收纳盒用于装钩码，在实验过程中降低共点力平衡受力分析仪的重心，增加仪器的稳固性. 支腿能改变刻度盘相对实验台的高度，防止连接绳过长，使得钩码与水平面接触. 刻度盘上刻有量角器及对应的三角函数，方便实验者通过实验现象得出结论. 导向定位孔为滚动机构提供相应的运动轨道，为实验过程刻度盘的两侧的力确定方向. 定位胶圈在实验时固定刻度板，合页在实验结束后，使刻度板成为收纳盒的盖子，滚轮减小了连接绳与丝杆的摩擦力.

(a)正视图

(b)侧视图图1　共点力平衡受力分析仪结构

设计制作时首先收纳盒底部设有可折叠隐藏的支腿,操作时为分析仪提供所需的高度，闲置时可节省空间；顶面及与其相邻的一个侧面配合形成刻度盘，在刻度盘上标注有角度及对应的三角函数值；收纳盒的顶面与其相配合的侧面通过合页铰接，使刻度盘在闲置时成为收纳盒的盖子，节省资源；在刻度盘的刻度两侧分别对称设有圆弧形的导向定位孔，为各个力提供所需的方向；连接环位于刻度盘刻度的中心位置，辅助学生判断多个力是否平衡. 支架由丝杆、 螺纹连接在丝杆上的2个定位片及设置在丝杆其中一端的操作耳构成；丝杆穿设在导向定位孔内并通过2个定位片夹紧固定在刻度盘上. 滚动机构由套设在丝杆上带环形凹槽的滚轮及设置在滚轮和丝杆之间的轴承构成，减少绳子与丝杆之间的摩擦力，提高实验的准确性. 在收纳盒的顶面及相配合侧面的两侧分别设有定位螺丝，在相对应的定位螺丝之间设置有定位胶圈，使分析仪闲置时刻度盘与收纳盒密闭.

共点力平衡的受力分析仪设有标注有角度和三角函数值的刻度盘(如图2所示)，刻度盘由同心圆组成，从里到外依次为“力的径迹线”、“力的角度读取盘”(两圈)和“各个角度对应的三角函数值”. 刻度盘的设计是 “三角函数值的分布图”结合了“单位圆与三角函数的关系”(如图3所示),可以在实验时直接求出水平方向和竖直方向的分力大小. 同时，通过设在刻度盘上的导向定位孔和设在导向定位孔内可调节的支架相配合，在操作时，能够方便地改变物体的受力角度，从而得到多组实验数据；通过第一连接绳、第二连接绳、砝码和连接环配合，只需要观察实验过程中砝码的平衡状态即可得出物体受力的状况，减少了实验的准备操作，降低了实验的繁琐程度.

图2　分析仪刻度盘实物图

图3　单位圆与三角函数的关系

2　共点力平衡受力分析仪的教学实践

如图4所示，圆环在3组钩码的拉力作用下静止在刻度盘中央，试探究物体静止的条件.

图4　实验操作示意图

图5　力的合成图

3　结束语

共点力平衡的条件为F合=0. 教学实践发现，教师的授课环节主要是运用生活中与教学内容相关的情景设计问题，设计物理实验，组织教学内容，提出有启发性的引申问题，激发学生的学习兴趣，使学生积极地参与到实验验证、实验猜想、探究规律的学习当中，通过动手实验，总结得出结论，并由生活实例分析、归纳出共点力平衡的条件. 整个教学过程中，实验的操作不仅能更好地体现以学生为主体，教师为主导的教学理念，也能体现传授物理方法的重要性. 共点力平衡受力分析仪能减少教师的备课工作量，有效地提高学生的感性记忆，还能使学科知识更容易与学生的认知规律相结合，让学生容易把抽象的知识内容转化成自己的记忆储存起来，达到事半功倍的教学效果.

[1]吴国盛. 科学的历程[M]. 长沙：湖南科学技术出版社,1995.

[2]李立朋. 自制“共点力平衡条件、力的合成法则”探究仪[J]. 物理实验,2014,34(10):15-17.

[3]吴学伟,吴昊. 自制简易共点力平衡实验演示装置[J]. 物理实验,2012,30(8):56-57.

[4]张韶龙. 润物释理导航探究,共点力的平衡的教学探究[J]. 中学物理教学参考,2007,36(4):22-25.

[5]吴学伟,吴昊. 自制简易共点力平衡实验演示装置[J]. 物理实验,2012,30(8):56-57.

[6]袁媛,李文娜. 利用几何画板讲授“共点力平衡”问题[J]. 物理教学探讨,2009,(10):53-55.

[责任编辑：尹冬梅]

Analyzerofthebalanceofconcurrentforce

ZHANGYi-fan1,HUANGYue-wei1,WENJian-ping2,ZHANGLing-hui2

(1.GuangdongMeiyanDongshanMiddleSchool,Meizhou514011,China;2.JiayingUniversity,Meizhou514015,China)

Traditionalexperimentaldeviceofdemonstratingthebalanceofconcurrentforcewasimproved.Adialwasusedtoshowthetrack,angleandtrigonometricfunctionoftheforce.Itmadetheexperimentmorevisual.Whilethestoragefunctionofthedevicewasdesignedmeticulously,itmadethedeviceeasytobehandled.

concurrentforce;equilibriumofforce;trigonometricfunction

2016-03-01

张亦翻(1989-),男,广东梅州人,梅雁东山学校二级教师,学士,从事中学物理教育工作.

G633.7

A

1005-4642(2016)08-0042-03