“探究杠杆的平衡条件”实验面面观

朱荣双

【摘要】杠杆如何调节水平位置平衡、杠杆为何要水平位置平衡、如何改进实验、多次实验的目的、杠杆中点作为支点的目的、杠杆平衡的结论、杠杆平衡的应用等，可以从中发现每个问题的目的及对应解决方法，达到有问题、有办法、有交流、有应用这样的目的，实现“科学态度、社会责任”的维度目标.

【关键词】杠杆平衡；初中物理；实验教学

在初中物理力学实验中，“探究杠杆的平衡条件”实验综合性比较强，所以一直是中考命题的“宠儿”，在此实验中考查的方式和内容也很多，因此要重视“探究杠杆平衡条件”实验，从不同角度去认识和理解，更要在课堂上亲自动手探究，从科学探究的“问题、证据、解释、交流”这四个维度进行学习，把此实验从各个方面挖深、挖透，促进学生科学思维的全面发展.

下面从发散多问题的角度来看看“探究杠杆平衡条件”实验.

例1 小宇所在学习小组利用铁架台、刻度均匀的轻质杠杆、质量相等的钩码和弹簧测力计等器材探究杠杆的平衡条件.

（1）如图1甲所示，杠杆此时处于静止不动，这个时候杠杆______（选填“是”或“否”）处于平衡状态.为了方便测量力臂，需要调节杠杆在水平位置平衡，应当将杠杆的平衡螺母向______（选填“右”或“左”）调节；这样调节杠杆两端平衡螺母的原因是更便于去测量______；杠杆的中点作为支点，这样做是为了避免杠杆______对实验平衡的干扰.

（2）学习小组开始进行实验，首先在杠杆两端两侧挂上钩码，作为杠杆的两个力，待杠杆平衡时，用刻度尺分别量出杠杆的动力臂和阻力臂，记录在表格中，然后再按照类似的方法进行多次实验记录.

分析表中实验数据，得出杠杆的平衡条件为______（用F、F、l、l表示）；本次探究经过多次实验的目的是____________.第3次实验的这种杠杆的特点是______（选填“省力”“省距离”或“不省力也不费力”），教室里的劳动工具中有这类杠杆，请举一例：______；并简要说明你的判断理由：______.

（3）如图1乙所示，将A、B位置的钩码个数都增加一个，杠杆将会______（选填“仍然平衡”“左端下沉”或“右端下沉”）.

（4）如图1丙所示，小宇在图1乙的基础上保持A点所挂钩码的数量和位置不变，将弹簧测力计绕C点从a位置转到b位置时杠杆仍然保持水平平衡，在a位置竖直向上的拉力为F，在b位置斜向上的拉力为F，则此时弹簧测力计的示数F______（选填“＞”“＜”或“＝”）F.

（5）如图2是猴和兔分萝卜过程的两幅漫画.两人对此结果都很满意，其实仍是不公平的，这是因为根据杠杆的平衡条件可知，实际上猴子分得的萝卜重量______（选填＞、＜或=）兔子分得的萝卜重量.

答案：（1）是；右；力臂；自重（2）Fl=Fl；为了寻找普遍性规律；省距离；扫帚；扫帚在使用时，动力臂小于阻力臂；（3）左端下沉；（4）＜；（5）大于.

解析 （1）对于杠杆来说，只要处于静止不动或匀速转动时，就属于平衡状态，而图甲中杠杆恰恰处于静止不动，故这时杠杆处于平衡状态；从图甲中可以看出，杠杆的左端向下倾斜，说明左端沉，为使杠杆在水平位置平衡，则应将平衡螺母向右调节；若杠杆倾斜则杠杆的力臂不在杠杆上，测量起来不方便，因此调节杠杆水平位置平衡，目的是方便测量力臂，更好地进行实验探究.实验中，把杠杆的中点作为支点主要是避免杠杆自身重力对杠杆平衡的干扰和影响.

（2）通过对表格数据进行分析，根据不同物理量不能相加减，只能相乘除的原则，不难得出动力×动力臂=阻力×阻力臂的结论；往往一次实验得到结论具有偶然性，不具有普遍性，因此要进行多次实验，这样才能使获得的规律具有普遍性.判断杠杆的类别可以根据杠杆的动力臂与阻力臂的长短进行判断，由表格中可以看出，此次动力臂小于阻力臂，所以为费力杠杆，因此省距离；教室里扫帚、笤帚、拖布等都属于费力杠杆，因此它们都是动力臂小于阻力臂.

（3）杠杆左端钩码所挂的位置为3个格，右端钩码所挂的位置为2个格，根据杠杆平衡条件可知，左端力和力臂乘积比右端力和力臂乘积大，所以杠杆右端上升，左端下降.因此在判断杠杆平衡情况时，一定要根据杠杆平衡条件，要比较力和力臂的乘积，哪个乘积大哪端沉.

（4）将弹簧测力计绕C点从a位置转到b位置时杠杆仍然保持水平平衡，对比两次的力臂即可看出在b位置时的力臂变小，根据杠杆平衡的原理Fl=Fl，在阻力和阻力臂不变的条件下，减小动力臂，可知杠杆动力将会增大，即弹簧测力计示数将会增大.

（5）此问属于杠杆平衡条件的应用问题，根據力臂大小来确定力的大小.如图3所示，

以O为支点，左端的重心在A处，右端的重心在B处，l＜l，也就是A端一侧的力臂小于B端一侧的力臂，根据杠杆平衡的条件可知G l=G l，因为l＜l，所以G＞G，故猴子分得的萝卜重量大于兔子分得的萝卜重量.

点评 对于杠杆平衡条件实验，如何调节、为什么在水平位置平衡、中点作为支点的目的及多次实验的目的，这是我们需要解决的问题.可以通过口诀“左低右调，右低左调”进行解决，同时也要关注实验的改进方法，可以通过测力计进行测量，能够更好地研究力的方向是否会影响杠杆的平衡，同时可以解决杠杆的动态平衡问题.

通过对上述多问题的实验的分析，可以从中发现每个问题的目的及对应解决方法，达到有问题、有办法、有交流、有应用这样的目的，实现“科学态度、社会责任”的维度目标.对于一个实验应该从多角度去发现问题，才能更好地把实验各个环节理解透，因此在平时的学习中一定要善于发现问题，多动手、多动脑.在平时的实验中，只有亲身经历了才能更好地解决问题，我们还可以对实验进行拓展、延伸，通过科学方法接触研究实验，避免进行题海的疲劳战术，而是通过灵活、多样的变通方式，去看待解决一类问题，这样才能收到更好的效果.