关于杠杆在水平位置平衡的讨论

高智斌

摘要：笔者从事中学物理教育多年，看到过很多资料，听到过很多老师，关于探究杠杆平衡条件的实验 ——杠杆在水平位置平衡的表述，总感觉有失偏颇，就萌生写篇文章，想和同行交流讨论。

关键词：物理教育;杠杆;平衡

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）04-070-1

当然，大家都清楚，杠杆在倾斜位置的静止，也为杠杆平衡状态，同样满足杠杆平衡条件。如图1所示，只不过这种情况要注意力臂并非OA、OB ，力臂不与杠杆重合，而是L1、L2，所以实验时测量力臂不方便。

既然杠杆在倾斜位置静止也是平衡，那为什么实验探究时，非得选在水平位置平衡呢？笼统的讲，是为了方便实验。如果要具体说明，得分挂钩码前和挂钩码后进行讲解。并且，先讲解挂钩码后杠杆在水平位置平衡的原因。关于这点，大家的观点是一致的。如图2所示，杠杆在水平位置平衡，力臂为OA 、OB，正好与杠杆重合，而杠杆上标有刻度，这样就能非常方便地从杠杆上直接读出力臂了。

挂上钩码，需要测量力臂，为了方便测量力臂，使杠杆在水平位置平衡，这个大家都好理解。重点是未挂钩码，并不需要测量力臂，为什么也要在水平位置平衡呢？就关于这方面，大家的分歧比较多。

分歧1：以为重心在杠杆的支点上。实际不然，制作杠杆时，为了增强杠杆的稳定性，将杠杆的支点置于重心以上，即重心放在支点以下，降低重心。如图3所示。

分歧2：在水平位置平衡，使杠杆重力力臂为0，消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。这样解释，不能让人信服。因为杠杆在倾斜位置静止，如图4所示，杠杆受到支持力和重力作用，因为二力平衡，二力共线，所以重力作用线经过支点，杠杆重力力臂也为0，自然杠杆自重对杠杆平衡也没有影响。

正解：挂钩码前，如果在倾斜位置平衡，如图5所示（图中O为支点，G为重心），重心在支点正（竖直）下方，关键的是挂上钩码后，最终要在水平位置静止，如图6所示杠杆重心位置移动（左移），这样杠杆重力的力臂不为0，这样就会影响挂上钩码的重力大小，从而影响实验研究结果的准确性，甚至导致得到错误的结论。所以挂钩码前使杠杆在水平位置平衡，是为了与挂钩码后在水平位置平衡保持一致，大的目的是为后来方便测量力臂服务的，更为具体的目的是消除杠杆自重对实验结果的影响，或表述为消除杠杆自重对杠杆水平位置平衡的影响，而不宜表述为消除杠杆自重对杠杆平衡的影响。

下面是2007年安徽中考物理一道关于杠杆的题目，笔者感觉其中表述有待商榷。

【2007安徽中考】20.圖为探究“杠杆的平衡条件”的实验装置.实验中：

（1）首先应调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时处于水平位置平衡状态，这一调节过程中的目的为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响，这时杠杆重力的力臂为___________.

（2）实验过程中，给杠杆两端挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆保持水平平衡状态，这时就可读出相应的数据，当然也可通过移动钩码的位置使杠杆在倾斜状态下达到平衡，并进行相关数据的测量，但我们总是选取杠杆的水平平衡状态进行实验，其原因主要是____________。

总结：题（1）的表述“这一调节的过程的目的是为了使杠杆的自重对杠杆平衡不产生影响”有些不妥，应该表述为“使杠杆的自重对杠杆水平平衡不产生影响”或“消除杠杆自重对实验结果的影响”，这样表述更准确，不知大家意见如何。

[参考文献]

[1]谢杰妹，黄静.基于STEM理念的初中科学概念教学设计——以杠杆教学为例[J].物理教学探讨，2019，37（7）.

[2]季涛.多力作用下的杠杆平衡[J].数理天地（初中版），2013，（5）：6-8.

（作者单位：桐城市第二中学，安徽 桐城 231400）