器材: 杠杆尺、鐵架台 、鈎碼、圓筒測力計、重物。
方法: 把杠杆軸用“十”字夾固定在鐵架台 上,然後将杠杆尺裝在軸上。調節尺端的微調螺絲,使杠杆尺呈水平狀态。把重物挂在杠杆一端的某一位置上,在另一端挂上鈎碼。移動鈎碼位置,到杠杆恢複水平狀态時,給學生介紹杠杆支點、力點、重點、動力臂和阻力臂等概念。
為了演示杠杆的平衡條件,将杠杆上的重物換成鈎碼,并指定杠杆的一側為動力臂,另側為阻力臂。如果杠杆兩側的鈎碼重量相等(圖6-1),
當重點和力點離支點距離相等阻力和動力相等。使用這種杠杆既不省力也不費力。如果力點處的鈎碼減少一半, 并使力點離支點的距離是重點離支點距離的兩倍,杠杆也呈平衡狀态(圖6-2)。
動力臂大于阻力臂時,杠杆能省力。
為了演示杠杆的另一種形式,可以取下動力臂上挂的鈎碼,用圓簡測力計勾住阻力臂(圖6-3)。
把圓筒測力計的讀數跟挂在重點處的鈎碼的重量相比,可以說明重點和力 點在支點的同一側時,同樣是動力臂大于阻力臂時能省力。
為了說明省力杠杆多走距離,可用圖釘将一硬紙條釘在小黑闆上,将紙條作為杠杆,圖釘處為杠杆支點。将杠杆水平放置,用粉筆劃好動力臂和阻力臂所在位置的記号。然後,把力點下移一段距離,從力點和重點位置,分别向水平狀态時的動力臂與阻力臂作垂直線(圖6-4)。
用尺量一量垂線的距離,知道省力杠杆多走距離。
注 杠杆尺可以按各地情況用不同材料制作,或使用代用品。制作時要注意以下幾點:
①杠杆的軸孔位置很重要,一般地說,當杠杆的軸心在重心以上時,杠杆容易達到穩定平衡狀态。軸心如果放在重心以下,很難使杠杆尺呈水平狀态。但是如果軸心離重心過高,會降低杠杆的靈敏度。軸心應在重心上方5毫米左右的地方。軸孔内加一羊眼圈,可以減少摩擦力。
②杠杆上挂重物的溝槽或孔眼,跟軸孔要成一直線, 在演示時動力臂和阻力臂才不緻于發生變化。
⑧杠杆尺上的刻度不宜過細,否則學生看不清。杠杆尺最好塗成紅白相間的50毫米長的色段。
鈎碼可以用等重的物品代替或仿制,如用小藥瓶裝砂的辦法,制成50克或100克的簡易鈎碼。
測力計可以用木闆和橡皮筋制作,制作方法見下一章“簡易彈簧秤”一節。
建議: 也可以用尺或木條做杠杆,鉛筆做軸(支點),以相同的硬币作為砝碼,來做杠杆平衡實驗。
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