方向盘旋转带动重物调节重心式平衡跷跷板

陈奕良　夏阳　曹美娟

跷跷板是生活中最常见的玩具之一，它运用杠杆原理，要想让跷跷板平衡，要求坐在跷跷板两端的两个人体重相差不大。

而生活中经常出现大人带小孩玩跷跷板的情况，由于体重悬殊，小孩会悬在空中，而大人会跷不起。

由此我们猜想：如何让两个体重相差较大的人能一起玩跷跷板呢？在科技辅导老师的帮助下，我们开始进行探究。

一、研究目的

演示利用重物向两端移动使跷跷板左右起落，以研究其中的杠杆原理和重心的调节，使跷跷板更加实用。

二、准备材料

钢槽两块、钢条若干、重物与重物指示标一个、螺杆一根、缓冲橡皮若干、焊条若干、螺丝与螺母若干、方向盘两个、座位与支架两个、保护罩一个。

三、研究过程

经过研究与讨论，我们最终确立了两种改进跷跷板的方案。

1.让体重重的人坐离支撑轴近一些，让体重轻的人坐离支撑轴远一些，根据力矩平衡，通过调节让跷跷板平衡。

2.在体重较轻的人那边安装一个重物，相当于一个配重，使两端重量基本相等。这样就不会出现体重较轻的人悬在空中，较胖的人坐在翘板上起不来的现象。

方案一中，若让体重较重的人坐在离支撑轴近的一段，让体重轻的人坐在离支撑轴远的一段，那么跷跷板的座位就必须能够移动，然而座位移动时很麻烦且稳定性不够；如果坐在离支撑轴远的一段，人会翘得太高，存在安全隐患；而离支撑轴近导致上下翘动的幅度太小而缺乏趣味性。综合考虑后，我们决定在第二种方案的基础上进行改进。

我们计划在跷跷板的中间放一个重物，用拉杆连接到两端，制成一个手柄，可以左右拉动重物，使两端力度达到平衡，这样两个体重相差任意重量的人都能玩跷跷板。如果配重较大，一个人也能玩跷跷板。

人在玩跷跷板的同时，能不能随时观察体重的变化呢？经过小组讨论和老师的指导，我们在人所坐位置与跷跷板转轴之间刻上刻度，重物到跷跷板转轴刻上刻度，测出重物的重量m1g和重物到转轴的距离l1和人到转轴的距离l2，利用杠杆原理m1gl1=m2gl2，可测出人的体重m2g。

模型做好之后，我们发现重物很难推动，于是在重物下面加上滑轮，这样就能轻松来回推拉重物了。

然而如果物体太重，往下滑动时需要较大的力气才能使物体停止，而玩跷跷板的大多是小孩子，力气不大。经过反复试验，我们在重物外面加上了保护罩，靠近两端加上海绵和弹簧起缓冲作用。这样一个手拉式平衡跷跷板就做成了。

在制作过程中，我们发现推拉杆所占空间很大，且到达顶端时就较难拉动和停止。有没有更好的改进方案？

我们从汽车中找到灵感，将推拉杆换成螺杆，利用方向盘旋转螺杆带动重物左右移动，腾出空间让手握方向盘使跷跷板更稳定、安全。

接下来，我们还对这款跷跷板进行了完善——更换部分材料，加上安全罩，让使用更安全；改焊接为螺丝，方便拆装；加上油漆和塑胶，美化外形；加上安全座椅，让来回翘动更安全、舒适。

四、使用方法

1.体重相差不大的人坐跷跷板

将重物放置跷跷板中间，保持跷跷板平衡；两个人分别坐在座位上，把重物向一方用力推拉，跷跷板向此方向下垂；将重物拉回至原来位置，保持跷跷板再次平衡；将重物往反方向用力拉，使跷跷板往反方向下垂。依次上下跷起。

2.体重相差很大的人坐跷跷板

人坐在座位上后将重物向体重较轻的方向推，保持跷跷板平衡；把重物再向体重较轻方向用力推拉，跷跷板向此方向下垂；将重物拉回至原来位置，保持跷跷板再次平衡；将重物往反方向用力拉，使跷跷板向反方向下垂。依次上下跷起。

3.一个人坐跷跷板

坐上座位后将重物向空位方向推拉，保持跷跷板平衡；把重物再向空位方向用力推，跷跷板向此方向下垂；将重物拉回至原来位置，保持跷跷板再次平衡；将重物往反方向用力拉，使跷跷板向反方向下垂。依次上下跷起。

4.测体重

一个人坐在座位上后将重物向空位方向推，当跷跷板平衡时，可根据重物指示标的刻度，利用杠杆原理测出人的体重。

5.用作重心演示仪

将重物放在跷跷板中间，保持跷跷板平衡，把一个待测物体放在重物上，再次推拉重物达到平衡可测重心位置。

五、创新点

1.适用广泛

利用方向盘旋转带动重物来回移动，可以使体重相差很大的人也能一起玩跷跷板，而且不受人员的限制，一个人也可以享受跷跷板带来的乐趣。

2.趣味性强

方向盘旋转带动重物调节重心式平衡跷跷板能让小朋友在玩跷跷板的同时，体验转方向盘的游戏。

3.安全性高

通过螺杆和螺母的传动比皮带或链条传动更安全——不打滑，不损伤衣裤、脚、手指等；更稳定——只要方向盘不转动，无论重物到达什么位置，跷跷板到达什么倾斜程度，重物都不会自动滑倒。

此外，我们还在重物和螺杆的外面加上了安全罩，防止其他物体落入轨道而卡住，或者小孩子因好奇撬动重物而受伤。

4.操作简单

方向盘来回转动时重物也跟着移动；方向盘不转动，重物马上停止，方便小孩子操作。与电动跷跷板相比，它结构简单，没有复杂的电路结构，不会发生触电问题，不需要电源，经久耐用。

5.玩耍与锻炼结合

方向盘旋转带动重物调节重心式平衡跷跷板能让小朋友在玩跷跷板的同时，锻炼手的灵活性，在跷跷板上下翘动时能通过手握方向盘调节身体的平衡。

6.易于改装、拆装

还可以在跷跷板上加离合器让小孩轻松转动；加支撑点移位器让左右更容易达到动态平衡；加刻度尺，根据力矩平衡随时测量人的体重等。（指导老师：陈贵文 吴济廉 刘小平）