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◆摘 要:针对杠杆定义及平衡时是否要在水平位置的问题,提出了一些见解。解决了杠杆教学的疑惑,得出了判断杠杆平衡的正确方法。
◆关键词:杠杆;平衡状态;力臂
在現行人教版初中教材第11章简单机械第1节杠杆中,关于杠杆的定义以及平衡状态的理解,很多教师在教学中存在误区。有的对教材产生误解,有的限制了学生的思维,对教学造成了不利的影响。
现行教材中对杠杆是这样定义的:“一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点O转动,这根硬棒就是杠杆”。我认为“硬”指物体必须具有一定的硬度,在受力较大时,不会有明显形变。这样才能起到工具的作用。但是“棒”往往会限制学生的思维,会对后面教学中的多种变形杠杆的理解产生障碍。我认为,教材中对杠杆的定义属于便于引导学生学习的过窄定义,目的是降低学生的理解难度。但是,我认为教师在教学中要有循序渐进,由浅入深的意识。生活中常见的杠杆以棒状居多,但是又有很多杠杆的变形工具,如轮轴、滑轮等。我认为在教学中应当渗透这样认识杠杆的过程:直硬棒→ 弯硬棒→ 任何形状的坚硬物体[1]。以此为顺利学习后面的轮轴和滑轮等变形杠杆内容做铺垫。可以使学生更容易接受变形杠杆。
现行教材中,表述杠杆平衡状态为“在动力和阻力作用下静止时,我们就说杠杆平衡了”。但是,在探究实验“探究杠杆平衡条件”中,调节杠杆平衡时强调,保持水平并静止达到平衡状态。受该实验影响,教学中很多教师认为杠杆达到平衡必须保持水平。那么判断杠杆是否平衡的标准真的是保持水平静止吗?首先根据杠杆平衡条件为:动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂,即F1L1=F2L2 . 表现为支点两侧的力矩平衡。那么杠杆从水平静止变为倾斜静止后,动力与阻力没有变化,但是支点两侧的力臂同时发生了变化,如图1.
L1ˊ= L1cosθ, L2ˊ= L2cosθ, 所以F1L1ˊ=F2L2ˊ仍成立。′可见杠杆转动任意角度过程中,两边的力臂同时同比例变化,最终两支点两侧的力与力臂的乘积仍然相等,仍然可以平衡。同样,在未挂钩码水平调节平衡时,两侧杠杆各自的重心点到支点的距离为力臂,与各自重力的乘积相等,在转过任意角度过程中重力未变,但两个力臂仍然成比例变化,仍可平衡。可见杠杆保持平衡并非要在水平位置,在任意位置倾斜静止时都可平衡。只要未与支点下方的杆接触即可。
那么为何很多师生会认为一定要在水平位置才能保持平衡呢?我认为是受到了两方面原因的影响。1.受天平调平衡的影响。天平调平衡中要求指尖停在刻度盘中央,而天平为等臂杠杆。2.探究杠杆平衡条件实验中,为了便于测量力臂,要求在水平位置保持静止。在这种情况下,力与杆垂直,而力臂为支点到力的作用线的距离。所以力臂此时刚好为支点与钩码悬挂点之间的杆长。从杆上的格中可方便读出。而倾斜平衡时,力臂变短,小于支点到钩码悬挂点的距离,无法直接测量。所以实验中要求杠杆平衡时保持水平。
实际上,杠杆平衡属于力矩平衡,是一种转动平衡。不光在静止时属于平衡状态,在匀速绕支点转动时也处于平衡状态。可见师生必须正确理解教材中对平衡状态的表述。
以上是我在有关杠杆的教学中的一点见解,希望大家指正。
参考文献
[1]邹恭荣.从杠杆的定义说起[J].《物理教学探讨》1992年第2期24页.
[2]刘秀萍.浅析实验在初中物理教学中的应用[J].数理化解题研究,2019(32):54-55.
[3]袁夏婕.探析初中物理教学中问题情境的创设与案例[J].天天爱科学(教学研究),2019(07):74.
作者简介
谷巍(1977.01-),男,汉族,河北张家口,现在就职于西藏军区拉萨八一学校,中学物理一级教师,大学本科学历学士学位,负责中学物理教学研究工作。
◆关键词:杠杆;平衡状态;力臂
在現行人教版初中教材第11章简单机械第1节杠杆中,关于杠杆的定义以及平衡状态的理解,很多教师在教学中存在误区。有的对教材产生误解,有的限制了学生的思维,对教学造成了不利的影响。
现行教材中对杠杆是这样定义的:“一根硬棒,在力的作用下能绕着固定点O转动,这根硬棒就是杠杆”。我认为“硬”指物体必须具有一定的硬度,在受力较大时,不会有明显形变。这样才能起到工具的作用。但是“棒”往往会限制学生的思维,会对后面教学中的多种变形杠杆的理解产生障碍。我认为,教材中对杠杆的定义属于便于引导学生学习的过窄定义,目的是降低学生的理解难度。但是,我认为教师在教学中要有循序渐进,由浅入深的意识。生活中常见的杠杆以棒状居多,但是又有很多杠杆的变形工具,如轮轴、滑轮等。我认为在教学中应当渗透这样认识杠杆的过程:直硬棒→ 弯硬棒→ 任何形状的坚硬物体[1]。以此为顺利学习后面的轮轴和滑轮等变形杠杆内容做铺垫。可以使学生更容易接受变形杠杆。
现行教材中,表述杠杆平衡状态为“在动力和阻力作用下静止时,我们就说杠杆平衡了”。但是,在探究实验“探究杠杆平衡条件”中,调节杠杆平衡时强调,保持水平并静止达到平衡状态。受该实验影响,教学中很多教师认为杠杆达到平衡必须保持水平。那么判断杠杆是否平衡的标准真的是保持水平静止吗?首先根据杠杆平衡条件为:动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂,即F1L1=F2L2 . 表现为支点两侧的力矩平衡。那么杠杆从水平静止变为倾斜静止后,动力与阻力没有变化,但是支点两侧的力臂同时发生了变化,如图1.
L1ˊ= L1cosθ, L2ˊ= L2cosθ, 所以F1L1ˊ=F2L2ˊ仍成立。′可见杠杆转动任意角度过程中,两边的力臂同时同比例变化,最终两支点两侧的力与力臂的乘积仍然相等,仍然可以平衡。同样,在未挂钩码水平调节平衡时,两侧杠杆各自的重心点到支点的距离为力臂,与各自重力的乘积相等,在转过任意角度过程中重力未变,但两个力臂仍然成比例变化,仍可平衡。可见杠杆保持平衡并非要在水平位置,在任意位置倾斜静止时都可平衡。只要未与支点下方的杆接触即可。
那么为何很多师生会认为一定要在水平位置才能保持平衡呢?我认为是受到了两方面原因的影响。1.受天平调平衡的影响。天平调平衡中要求指尖停在刻度盘中央,而天平为等臂杠杆。2.探究杠杆平衡条件实验中,为了便于测量力臂,要求在水平位置保持静止。在这种情况下,力与杆垂直,而力臂为支点到力的作用线的距离。所以力臂此时刚好为支点与钩码悬挂点之间的杆长。从杆上的格中可方便读出。而倾斜平衡时,力臂变短,小于支点到钩码悬挂点的距离,无法直接测量。所以实验中要求杠杆平衡时保持水平。
实际上,杠杆平衡属于力矩平衡,是一种转动平衡。不光在静止时属于平衡状态,在匀速绕支点转动时也处于平衡状态。可见师生必须正确理解教材中对平衡状态的表述。
以上是我在有关杠杆的教学中的一点见解,希望大家指正。
参考文献
[1]邹恭荣.从杠杆的定义说起[J].《物理教学探讨》1992年第2期24页.
[2]刘秀萍.浅析实验在初中物理教学中的应用[J].数理化解题研究,2019(32):54-55.
[3]袁夏婕.探析初中物理教学中问题情境的创设与案例[J].天天爱科学(教学研究),2019(07):74.
作者简介
谷巍(1977.01-),男,汉族,河北张家口,现在就职于西藏军区拉萨八一学校,中学物理一级教师,大学本科学历学士学位,负责中学物理教学研究工作。