巧用圆盘测力计演示力的分解

广东省中山市第一中学(528400) 邱锦辉

1 引言

通过演示实验来探究力的分解效果是突破力的分解教学难点的一个重要手段。传统力的分解的课堂演示实验大多只能定性演示力的分解的效果。本文巧妙利用圆盘测力计自制力的分解演示教具。相比其他测力计,圆盘测力计用于演示实验有许多优势。首先,圆盘测力计上的示数不再以弹簧伸长的多少来表示,而是转化为指针的偏转角度大小来反映。圆盘测力计的大圆刻度盘和长指针可以有效增大实验的可见度和直观性。其次圆盘测力计可以灵活地应用于水平、斜向、反向上来测各个方向的力,使得各种方向力的同时测量变为可能。因而,本教具除了能直观的展示力的分解效果,还能对分解的效果进行定量的观测和分析。

2 实验装置及其制作

实验装置如图1所示,由2个圆盘测力计和木板构成。2个圆盘测力计固定在同1个长木板上,左边的圆盘测力计可以用来测压力,右边的圆盘测力计可以测压力和拉力。

图1 实验装置

3 演示力的分解效果

3.1 斜面模型重力的分解

斜面模型是生活中最常见的物理模型,在斜面模型中重力的分解效果如何,随着斜面倾角的变化,重力的分解效果将发生怎样的变化? 这些问题可以通过本装置进行探究。具体实验步骤如下。

首先,在水平状态下,通过左边的圆盘测力计测出重力的大小。然后重物的右端通过细线与右边的圆盘测力计相连。调节装置使重物右端与右边圆盘测力计的测力杆保持水平。

其次,将装置的右侧逐渐抬高,观察2个圆盘测力计示数的变化,发现随着角度的增大,左边圆盘的示数在减小,右边圆盘的示数在增大。通过分析得到,重力有垂直斜面下压的效果和沿斜面下拉的效果。并且这两个分力随着斜面倾角的变化而变化。

最后,选取几个特殊角度(30°、45°、60°)来定量验证重力的分力和重力之间的关系。进而证明斜面模型中重力的分解满足G1＝Gsinα、G2＝Gcosα。

3.2 水平面斜拉模型拉力的分解

首先,在水平状态下,将一重物置于左边的圆盘测力计上,读出重力的大小。

其次,用一个斜向上的拉力作用于物体上,观察圆盘测力计示数的变化如图2所示。这说明斜拉力对重物有向上拉的效果,并且这个效果随着拉力的大小和角度的变化而变化。

图2 水平面斜拉模型拉力的分解

4 结束语

本实验通过对圆盘测力计的巧妙使用,能更加直观的展示力的分解效果,并且能定量的测出分力的大小,能更好的应用于课堂教学,增加课堂教学效果。