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        自制二力平衡演示器

        2023-05-30 10:48:04劉永樹李家銀
        關(guān)鍵詞:鉤碼平衡力棉線

        劉永樹 李家銀

        人教版八年級(jí)物理下冊(cè)第八章第二節(jié)中探究二力平衡條件的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

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

        為解決上述問題,我們使用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)材料

        線路板1塊,支架1個(gè),演示滑輪3個(gè),起子1把,硬紙片1張,質(zhì)量相同的鉤碼若干,長(zhǎng)螺釘6個(gè),棉線若干。

        二、制作過程

        (一)將演示滑輪中的兩個(gè)小滑輪的螺釘拆下,用長(zhǎng)螺釘將兩個(gè)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(gè)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(duì)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(biāo)簽,將標(biāo)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(duì)于AB的位置。

        (五)在線路板上畫一條斜線EF。

        三、實(shí)驗(yàn)過程

        (一)實(shí)驗(yàn)一

        1.實(shí)驗(yàn)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(shù)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(duì)標(biāo)簽始終保持靜止。

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        作用在同一物體、同一直線上方向相反、大小相等的兩個(gè)力是平衡力。

        (二)實(shí)驗(yàn)二

        1.實(shí)驗(yàn)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(shù)量的鉤碼,讓CD與EF重合,松手后,硬紙片相對(duì)于EF始終保持靜止。

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)力也是平衡力。

        (三)實(shí)驗(yàn)三

        1.實(shí)驗(yàn)過程

        選用滑輪1和滑輪2,在棉線的兩端掛不同數(shù)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(yùn)動(dòng)的軌跡。

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        作用在同一物體、同一直線上方向相反、大小不等的兩個(gè)力不是平衡力。

        (四)實(shí)驗(yàn)四

        1.實(shí)驗(yàn)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(shù)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(shí)驗(yàn)結(jié)論

        作用在同一物體、同一直線上大小相等、方向相同的兩個(gè)力不是平衡力。

        (五)實(shí)驗(yàn)五

        1.實(shí)驗(yàn)過程

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

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)力不是平衡力。

        (六)實(shí)驗(yàn)六

        1.實(shí)驗(yàn)過程

        選用滑輪1和滑輪2,在棉線的兩端各掛數(shù)量相同的鉤碼。將硬紙片旋轉(zhuǎn)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(gè)拉力不在同一直線上。松手后,硬紙片做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)力不是平衡力。

        (七)實(shí)驗(yàn)七

        1.實(shí)驗(yàn)過程

        選用滑輪1和滑輪2,在棉線的兩端各掛數(shù)量相同的鉤碼,拉力F1的作用點(diǎn)G和拉力F2的作用點(diǎn)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,F(xiàn)1的作用點(diǎn)G在左邊的紙片上,F(xiàn)2的作用點(diǎn)H在右邊的紙片上。松手后,紙片位置發(fā)生了變化。

        2.實(shí)驗(yàn)結(jié)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(gè)力不是平衡力。

        四、實(shí)驗(yàn)效果

        由以上七個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)力是平衡力。

        利用自制教具演示實(shí)驗(yàn)后,學(xué)生充分理解了“作用在同一物體上”是指兩個(gè)力的作用點(diǎn)在同一個(gè)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(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響,但硬紙片的重力會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了消除這一影響,可選用質(zhì)量較輕、體積較小的紙片。

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