关于杠杆平衡条件实验几点建议

罗立志

【摘要】  学生对实验过程的每一个环节是否能够准确理解，关系到学生是否能高效学习，关系到学生物理思维的培养，关系到学生后续的发展。学生不能理解只是记住，势必使学生养成对物理知识死记硬背的习惯，即使考试偶尔得到高分也不代表高水平。初中物理要是没有做好学生物理思维的培养，学生在以后高中物理的学习中将会有极大的思维障碍。

【关键词】  实验 杠杆平衡 高效

【中图分类号】  G633.7               【文献标识码】  A     【文章编号】  1992-7711（2020）15-059-02

物理是一门实验学科，教学中需要进行大量的实验探究，有的实验设计学生不一定能准确的理解为什么，教材未作阐述，老师也没有清楚的讲解，只要求学生记住怎么做，考试能得分就行。但是学生对实验过程的每一个环节是否能够准确理解，关系到学生是否能高效学习，关系到学生物理思维的培养，关系到学生后续的发展。学生不能理解只是记住，势必使学生养成对物理知识死记硬背的习惯，即使考试偶尔得到高分也不代表高水平。初中物理要是没有做好学生物理思维的培养，学生在以后高中物理的学习中将会有极大的思维障碍。

例如初中物理探究杠杆平衡条件的实验，该实验是初中物理比较重要的实验，中考物理实验操作考试时经常将其列为考试题目。通过该实验能够培养学生实事求是的科学探究精神，学会科学探究的方法。例如如何设计实验，如何避免实验数据的偶然性，怎样分析处理实验数据，得出普遍规律等。但在实际教学中发现有两个方面教师有所忽视，学生无法准确理解，需要老师们在教学中补充解释。

在该实验前需要调节杠杆在水平位置平衡，目的一是方便测量力臂，其二是避免杠杆自重对实验结论的影响。目的一教材有说明，教师有讲解，教辅资料也有阐述，学生理解没有困难。学生对目的二杠杆自重为什么要影响实验结论，怎样影响，学生无法理解，无论实验前还是实验后都是糊涂的，我们老师一般也没有解释，势必造成学生死记结论，考试靠记忆填空。当类似的情况多次发生时将对学生学习物理的兴趣造成极大的伤害，更不利于学生对知识的系统理解。所以老师在实验后有必要组织探究杠杆自重会怎样影响实验结论。

首先应明确杠杆的结构特点，支点并不在杠杆的正中，而是在杠杆正中心偏上方。当杠杆不挂重物静止时，如果杠杆处在如图1所示状态，杠杆重心在支点左边，重力将使杠杆逆时针转动，最后静止在图2的状态，杠杆的重心必然在支点的正下方，重力作用线通过支点，杠杆本身重力的力臂为零。

当杠杆在图2的状态直接挂重物进行实验，调节重物的位置，使杠杆在水平位置静止时（如图3所示），杠杆本身的重力力臂不再为零，设其为L.根据杠杆的平衡条件有：G1L1+GL=G2L2，那么实验测量数据关系始终为G1L1>G2L2.如果差距不大，同学们会误认为是实验误差，结果是杠杆自重对实验数据的影响。

实验前如果调节了杠杆在水平位置平衡，此时重力作用线经过支点（如图4所示），重力的力臂一定为零。挂上物体后，杠杆如果没有静止在水平位置，重力的力臂就不为零，设其为L，重物对杠杆拉力的力臂就不在杠杆上，如图5所示。这时杠杆也处于平衡状态，平衡的条件是：G1L1=G2L2+GL，每個力臂都不方便测量。可以调节重物在杠杆上的位置，使杠杆在水平位置平衡（如图6所示），此时L为零，L1、L2都在杠杆上，可以从杠杆上的刻度直接读出，从而得出杠杆的平衡条件：G1L1=G2L2，此时杠杆自重对实验没有影响，操作也及其方便。

从以上分析可以看出，实验前调节杠杆在水平位置平衡，怎样消除了杠杆自重对实验的影响。为达到以上实验的效果，在制作杠杆时必须保证支点在杠杆中心偏上的位置，保证杠杆的中心不会与支点重合。但是，本人也曾见过将支点做在正中心的杠杆，这是生产厂家的设计者对本实验没有完全理解造成的，用这种杠杆做实验将出现以下现象，给实验操作带来极大不便。

这种杠杆在没挂物体时，如果不能在水平位置平衡，它一定静止在竖直状态（如图7所示）。调节平衡螺母，使杠杆能在水平位置平衡时，它不但可以在水平位置静止，在其他任何位置都可以静止，因为此时杠杆的重心与支点重合（如图8所示，O点既是支点也是杠杆重心），无论在那个位置，杠杆的自重对杠杆的平衡毫无影响，给杠杆的调节带来不便。

实验前如果调节平衡螺母使杠杆能在水平位置平衡，挂上重物以后，杠杆不平衡时，放手杠杆就会旋转到竖直状态，给实验操作带来困难。调节重物的位置，使杠杆能在水平位置平衡时，其时杠杆也可以在其它任何位置静止（比如图8所示状态）。分析如下：

当杠杆在水平位置平衡时有G1OA=G2OB，即=;当杠杆在图8的位置平衡时，由于ΔACO～ΔBDO，那么有=，由于没有杠杆自重的影响（与图5对比），所以此时=，即G1OC=G2OD，满足杠杆的平衡条件，杠杆在此位置也能静止，学生对杠杆是否平衡难以判断。

基于以上原因，如果将杠杆的支点做在杠杆正中心，会给我们的实验操作带来不便。

当前，我校正大力推进“三重六环”课堂模式，在该模式下，初中物理教研组正展开“初中物理高效课堂建设研究”的课题研究。如果我们老师关注学生对实验的各个环节的理解，能将实验从以上角度给学生透彻分析，相信学生对杠杆平衡实验有全面深刻的理解，心中不会有太多的疑惑，能使学生形成完整的知识体系，使学生获得极大的成就感，极大提高学生学习物理的兴趣，提高课堂效率，打造出真正的高效课堂。