湖北省十堰市竹溪縣城關初級中學 劉永樹 李家銀

人教版八年級物理下冊第八章第二節(jié)中探究二力平衡條件的實驗裝置如圖1 所示。

圖1 教材中探究二力平衡條件的實驗裝置

使用該裝置探究二力平衡的條件時，由于小車與木板之間存在較大的摩擦力，若選用的砝碼質量較小，即使兩邊的砝碼個數不同，小車仍有可能保持靜止，無法驗證在同一直線上大小不等、方向相反且作用在同一個物體上的兩個力是否為平衡力。而在探究“不在同一直線上的兩個力是否平衡”時，需將小車旋轉一定的角度后松手，此時如果繩子的拉力很小，小車有可能不旋轉。此外，小車不能被切割，無法驗證在同一直線上大小相等、方向相反且作用在不同物體的兩個力是否為平衡力。

為解決上述問題，我們使用實驗室的部分器材和生活中的用品，自制了二力平衡演示器。

一、實驗材料

線路板1 塊，支架1 個，演示滑輪3 個，起子1 把，硬紙片1 張，質量相同的鉤碼若干，長螺釘6 個，棉線若干。

二、制作過程

（一）將演示滑輪中的兩個小滑輪的螺釘拆下，用長螺釘將兩個滑輪（滑輪1 和滑輪2）分別安裝在線路板左、右兩邊高度相同的小孔中。

（二）將第三個演示滑輪（滑輪3）安裝在線路板上與滑輪1、滑輪2 高度不同的小孔中。

（三）在硬紙片的對角線上鉆孔，讓棉線從小孔中穿過，并在棉線的兩端系上鉤碼。

（四）在線路板上端的中心位置安裝金屬片標簽，將標簽上帶箭頭的直線AB作為參照物，觀察硬紙片上的紅線CD相對于AB的位置。

圖2 二力平衡演示器

（五）在線路板上畫一條斜線EF。

三、實驗過程

（一）實驗一

1.實驗過程

選用滑輪1 和滑輪2，在硬紙板上系好棉線，讓棉線越過滑輪1 和滑輪2。在棉線兩端各掛相同數量的鉤碼，讓CD與AB重合，硬紙片在水平方向受拉力F1、F2的作用。松手后，硬紙片相對標簽始終保持靜止。

2.實驗結論

作用在同一物體、同一直線上方向相反、大小相等的兩個力是平衡力。

圖3 探究兩個力大小相等時對平衡條件的影響

（二）實驗二

1.實驗過程

換用滑輪1 和滑輪3，在硬紙片上系好棉線，讓棉線越過滑輪1和滑輪3。在棉線兩端各掛相同數量的鉤碼，讓CD與EF重合，松手后，硬紙片相對于EF始終保持靜止。

2.實驗結論

作用在同一物體且在同一直線（不一定水平）上大小相等、方向相反的兩個力也是平衡力。

圖4 探究兩個力在同一直線上時對平衡條件的影響

（三）實驗三

1.實驗過程

選用滑輪1 和滑輪2，在棉線的兩端掛不同數量的鉤碼。讓CD與AB重合，松手后，觀察CD與AB的距離，由此判斷硬紙片運動的軌跡。

2.實驗結論

作用在同一物體、同一直線上方向相反、大小不等的兩個力不是平衡力。

（四）實驗四

1.實驗過程

選用滑輪1，用棉線系好硬紙片越過滑輪1。在棉線的兩端各掛數量相同的鉤碼，讓兩根棉線的拉力方向相同。使CD與AB重合，松手后，硬紙片的位置發(fā)生了變化。

2.實驗結論

作用在同一物體、同一直線上大小相等、方向相同的兩個力不是平衡力。

圖5 探究兩個力方向相同時對平衡條件的影響

（五）實驗五

1.實驗過程

選用滑輪1 和滑輪2，在棉線的兩端各掛數量相同的鉤碼，拉住硬紙片向標簽的下方移動，使兩個拉力的方向成一定夾角。松開硬紙片，硬紙片向上移動。

2.實驗結論

作用在同一物體上，大小相等、方向相反、不在同一直線上的兩個力不是平衡力。

（六）實驗六

1.實驗過程

選用滑輪1 和滑輪2，在棉線的兩端各掛數量相同的鉤碼。將硬紙片旋轉一定的角度，使拉硬紙片的兩根棉線相互平行，但不在同一直線上，即讓兩個拉力不在同一直線上。松手后，硬紙片做旋轉運動。

2.實驗結論

作用在同一物體上，大小相等、方向相反、不在同一直線上的兩個力不是平衡力。

（七）實驗七

1.實驗過程

選用滑輪1 和滑輪2，在棉線的兩端各掛數量相同的鉤碼，拉力F1的作用點G和拉力F2的作用點H均在同一片硬紙片上，硬紙片始終保持靜止。用剪刀將硬紙片從中間剪開，F1的作用點G在左邊的紙片上，F2的作用點H在右邊的紙片上。松手后，紙片位置發(fā)生了變化。

2.實驗結論

作用在同一直線上，大小相等、方向相反、在不同物體上的兩個力不是平衡力。

圖6 探究兩個力作用在不同物體上時對平衡條件的影響

四、實驗效果

由以上七個實驗可得出：作用在同一物體上（同體）的大小相等（等大）、方向相反（反向）、在同一直線上（共線）的兩個力是平衡力。

利用自制教具演示實驗后，學生充分理解了“作用在同一物體上”是指兩個力的作用點在同一個物體上，“同一直線”既可以是水平直線，又可以是斜線。

自制二力平衡演示器雖然消除了水平方向上的摩擦力對實驗現象的影響，但硬紙片的重力會影響實驗結果。為了消除這一影響，可選用質量較輕、體積較小的紙片。