杠杆要在水平位置平衡的原因

学科物理

杠杆要在水平位置平衡的原因

——蒋新

目录一、杠杆及其平衡条件二、由探究杠杆平衡条件引出问题三、实验前杠杆的受力情况四、探究杠杆平衡条件的方法五、总结一、杠杆及其平衡条件1.什么是杠杆？

物理学中，将在力的作用下可绕一固定点转动的硬棒成为杠杆。2013新苏科版物理九年级《11.1杠杆》P32.杠杆的平衡条件

动力x动力臂=阻力x阻力臂2013新苏科版物理九年级《11.1杠杆》P4二、由探究杠杆平衡条件引出问题

教材强调，需调节杠杆的平衡螺母，使它在水平位置保持平衡。但教材中并没有具体的说明为什么要在水平位置平衡，难道杠杆倾斜就无法完成实验探究吗？就此问题，作者做出系列探讨2013新苏科版物理九年级《11.1杠杆》P3教学中的实验探究杠杆平衡条件两个教学案例中，授课老师都提到了实验前需将杠杆在水平位置保持平衡，这真是必须步骤吗？杠杆平衡条件_01_0301杠杆平衡条件_02_0532三、实验前杠杆的受力情况

杠杆平衡是指杠杆静止或匀速转动。通常为了方便实验，我们祈求的平衡是静止时的平衡，也就是水平位置和倾斜位置的平衡。为了探究此次问题，作者分析了两种平衡下杠杆的受力情况。1.杠杆水平位置平衡时的受力如右图：杠杆在水平位置平衡时，它的支点是O`，重心则在O点，重心是在支点的正下方。这个时候，杠杆受到两个力的作用，重力G和绳子的拉力F，这两个力是平衡力，此时重力的力臂为0。因此在实验前调解杠杆在水平位置平衡消除了杠杆自身重力对平衡的影响。2.杠杆倾斜位置平衡时的受力

当杠杆倾斜平衡时，部分人认为此时重心位置在支点O`的正下方右侧，如右图1，为了平衡杠杆还受到经过O`沿杠杆左边的摩擦力f。

作者认为右图1中对杠杆受力分析有误。摩擦力f和悬线拉力F的合力过支点O`指向左上方，这个合力无法与重力G平衡。正确的受力应该是右图2所示，此时重心仍然在支点O`的正下方此时的重力臂仍然为0。图1图2四、探究杠杆平衡条件的方法

了解了实验前的两种情况下杠杆平衡时的受力情况，就可以对杠杆平衡问题做更深一步的研究，探究杠杆平衡条件的方法也有两种。1.水平位置平衡

如图3所示，安装好杠杆，调节两端的平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡；如图4所示，在杠杆的左边挂一定数量的钩码，用弹簧测力计在某一位置竖直拉住杠杆，使杠杆在水平位置平衡，分别记下动力F1，动力臂L1，阻力F2，阻力臂L2。图3图4分析：

实验前调节杠杆在水平位置平衡，重力的力臂为0，当杠杆上施加了动力F1和阻力F2以后仍然使杠杆水平位置平衡，此时杠杆的重心位置没有变化，影响杠杆转动的力只有动力和阻力，力臂可以直接读取，这种方法简单易行1.倾斜位置平衡

如图5所示，安装好杠杆无需调节平衡螺母，杠杆在倾斜位置平衡，记下悬线与杠杆夹角a。如图6所示在杠杆的左边挂一定数量的钩码，用弹簧测力计某一位置竖直拉住杠杆，使杠杆在倾斜位置平衡，并保持悬线与杠杆夹角a分别记下动力F1，动力臂L1，阻力F2，阻力臂L2。图5图6分析：实验没有前调节杠杆两端的平衡螺母，杠杆重力的力臂仍然为0，当杠杆上施加了动力F1和阻力F2以后仍然相同倾斜位置平衡，此时杠杆的重力臂仍然为0，影响杠杆转动的力只有动力和阻力两个力。实验成功的关键有两点：一是保持悬线与杠杆的夹角a不变，如果杠杆上施加动力和阻力后，杠杆平衡时悬线与杠杆夹角a发生了变化，杠杆重力的力臂将不再是0，此时影响杠杆转动的力将会有动力、阻力和杠杆自重三个力，初中阶段不研究三个力的杠杆平衡问题。二是力臂的测量。力臂不能从杠杆上直接读取，必须测量从支点到力作用线的距离，这回给实验带来很大的测量难度和测量误差。五、总结一、实验前杠杆调节水平或者不调节水平都可以消除杠杆自重对平衡的影响，实验前调节仅仅是为了方便读取力臂，这与传统的解释实验前调节是为了消除杠杆自身重力影响是存在偏差的。二、实验教