打开文本图片集

一、实验在教材中所处的地位和作用

本实验创新取材于人教版初中物理八年级上册教材第十二章第1节《杠杆》，教材在描述了杠杆的相关知识后，给学生设计了一个探究实验—“杠杆的平衡条件”。此实验很重要，对加深学生对杠杆的基本知识的掌握，理解杠杆的平衡条件有重要作用，并且在初中毕业的实验操作考试中也是常考内容之一。

二、教材实验及不足之处

1.教材实验

探究“杠杆的平衡条件”实验内容位于人教版初中物理八年级下册教材第77页。教材的基本操作如下。

（1）如图1，调节杠杆两端的螺母，使杠杆在不挂钩码时，保持水平并静止，达到平衡状态。

（2）给杠杆两侧挂上不同数量的钩码，移动钩码的位置，使杠杆重新在水平位置平衡。这时杠杆两侧受到的作用力等于各自钩码所受的重力。

（3）设右侧钩码对杠杆施的力为动力F1，左侧钩码对杠杆施的力为阻力F2;测出杠杆平衡时的动力臂l1和阻力臂l2;把F1、F2、l1、l2的数值填入表格中。

（4）改变动力F1和动力臂l1的大小，相应调节阻力F2和阻力臂l2，再做几次实验。

2.在课堂教学实践中，教材实验存在如下几方面不足。

（1）教材实验步骤（1）中调节平衡螺母，使杠杆在水平位置平衡。是为了保证力臂沿杠杆，便于测量;消除杠杆自重对实验结果的影响。然而正是因为这样操作，会让学生认为杠杆只有水平平衡才算平衡;认为杠杆的力臂都是沿着杠杆的，力的作用点与支点的连线就是力臂，造成理解错误思维混乱;确定水平平衡的位置比较困难。

（2）步骤（2）中杠杆两端挂上不同数量的钩码，杠杆两侧受到的动力、阻力等于各自钩码所受的重力。动力和阻力分别作用在杠杆支点的两侧，客观上助长了学生对杠杆平衡条件的思维定势：只有作用在杠杆支点两侧的力才能使杠杆平衡，这种思维定势，不仅不利于学生对杠杆平衡条件下的力臂、力的认识，还会导致学生把杠杆平衡条件和二力平衡概念相混淆。

（3）在实验步骤（2）中，杠杆两侧勾码位置和勾码数“随机性”也使学生很难仅仅通过几组数据发现“动力和动力臂乘积等于阻力和阻力臂乘积”这个规律。

（4）学生在步骤（2）的操作过程中杠杆容易翻落，造成勾码摔在桌子上，声音很大，同时杠杆的一端翘起，容易伤人，存在安全隐患。

三、根据杠杆教学内容，结合多年的本节课堂教学实践经验，对该实验进行如下的改进。

1.仪器改进创新。

针对教材实验仪器的不足，为了解决由此带来的诸多问题，专门对此设计出了如下全新实验装置，如图2。

①电子测力计：精确度高，精确到0.01N。其感应头受到压力或拉力时可以精确的显示出受力大小;具有清零功能;可以沿着滑轨左右移动位置。

②杠杆：支点处装上减小摩擦的轴承，方便杠杆转动的同时减小摩擦带来的实验误差。可以沿着竖直滑轨上下移动位置。

③刻度尺：可以在竖直平面内自由转动，以便测量各个方向的力臂大小。

④勾码：可以给杠杆提供动力。

⑤滑轨：任意调节滑轮、电子测力计、杠杆的位置。

⑥滑轮：可以在滑轨上移动位置，改变勾码对杠杆的力的方向，使杠杆受力方向不再只是竖直向下。

2.改进实验思路，用改进仪器进行实验。

（1）探究力在支点两侧，力臂在杠杆上的杠杆平衡规律。

组装好仪器如图3，由于杠杆穿过如图4所示的感应杆，在增减勾码时，杠杆不会翻转，勾码不易掉落，不会产生钩码摔落的噪声，保证了操作的安全和简便。当按照图3所示未挂勾码组装完仪器时，将电子测力计调节到所需位置后，按下电子测力计置零键（黄色按键），这样便可排除杠杆自身重力对实验的影响，同时省去教材实验调节杠杆水平平衡这一步。电子测力计的置零功能实际上是让杠杆在不挂勾码的情况下就能处在一种平衡状态，当挂上勾码时，杠杆在之前的这种平衡状态的基础上再次建立平衡。为了更容易发现实验规律，实验时将一个或者几个钩码挂在支点左侧距离为整数（如5cm、10cm、15cm）的任一位置（距离可以直接在杠杆上读出或者用仪器上的刻度尺测出），在表格中记下勾码重和相应力臂大小，同时记下电子测力计示数和其感应杆位置。重复实验获取多组数据时，可以不改变电子测力计的位置，这样更容易发现规律。

（2）探究力在支点同一侧，力臂在或不在杠杆上的杠杆平衡规律。

组装仪器如图5和图6所示，记下勾码重，直接读出或用刻度尺测出力臂如图7所示。记下电子测力计示数及其感应杆位置。重复实验便得出力在支点同一侧，力臂在或不在杠杆上的杠杆平衡规律。

（3）探究力在支点两侧，一个或两个力臂不在杠杆上的杠杆平衡规律。

组装仪器如图8、图9所示，记下勾码重，直接读出或用刻度尺测出力臂。记下电子测力计示数并用刻度尺测出相应的力臂大小。重复实验便得出力在支点两侧，一个或两个力臂不在杠杆上的杠杆平衡规律。

四、改进后实验的效果和意义

通过实验中几个情况的探究，学生发现结论都是一样的，说明实验结论不是偶然的，而是具有普遍性，实验结论更具有说服力。新仪器强大的功能，让学生自由操作时能从多角度发现问题解决问题从而得出规律，这不仅激发他们的想象力，还能将严谨的实验探究精神根植在他们身上。实验过程中仪器保证安全的同时使操作变得简单，有效解决了课本中只能让杠杆在水平位置进行操作的局限性，可以让力臂不在杠杆上的情况下也能够完成实验，去掉此特殊条件。不会让学生形成定向思维，加深了学生对刚刚学习到的力臂的概念的理解，对杠杆的平衡条件理解也更深。通过探究实验，学生学会解释生活中各种常见的不同的杠杆平衡的条件。对教学难点的突破起到了重要作用。