重垂线的改进和应用

摘 要： 重力的方向总是竖直向下的。利用重力的这个性质，，可以制成生活和学习中常用的一个装置——重垂线。在物理学习中，用重垂线检验了水平和竖直，结合数学知识，作者对这个实验装置进行了改进，使用改进后的实验装置，可以进行多次演示和应用。

关键词： 重垂线 改进 应用

地面附近的物体都会受到地球对它的吸引力——重力，并且重力的方向总是竖直向下的。利用重力的这个性质，可以制成生活和学习中常用的一个装置——重垂线。在物理学习中，用重垂线检验了水平和竖直，结合数学知识，我对这个实验装置进行了改进（如图1），不仅可以完成测水平和竖直，还可以进一步加以应用，并且能得到良好的效果。

如图1的实验装置自制起来并不难，ABCD是一个边长25CM的正方形，在AD边上刻着一条与底边CD垂直的线，并用红笔描红。在A点挂上一条重垂线，线的末端绑上一个圆锥。如果重垂线与红刻线重合，则必与BC平行，则BC是竖直的，红刻线与CD垂直，则CD是水平的。在AD边上有一个角度盘，当底边CD不水平时，重垂线和红刻线不重合，从角度盘可以读出底边倾斜的方向和角度。

使用改进的实验装置，可以进行多次演示和应用，简介如下。

1.检验水平。

把CD边放在要检验的底面上，观察重垂线与红刻线是否重合。如果两者重合，则CD边处于水平面，此时，重垂线通过角度盘的0刻线；如果CD不水平，则重垂线与红刻线不重合，如重垂线偏向角度盘左边，则底面左低右高；如果重垂线偏向角度盘右边，则底边左高右低，并且可以通过重垂线对应的角度读出底边的倾斜度。

2.检验竖直。

将BC边紧贴墙壁，观察重垂线是否与红刻线重合。如果两者重合，则BC边与红刻线、重垂线平行，则墙壁和重垂线的方向一致，也是竖直的；如果两者不重合，对应角度盘左边某一刻度，则墙壁上方向仪器方向倾斜，若重垂线对应角度盘右边某一刻度，则墙壁向仪器反方向倾斜，并且可以从角度盘上读出倾斜角度。

3.展示竖直向下和垂直底面向下的区别。

竖直向下和垂直向下方向在受力分析时经常容易混起来，是作力的示意图的一个难点。当把物体放在水平面上时，垂直底面向下的方向刚好与竖直向下的方向重合。当把物体放在斜面上时，AD边上的红刻线与底边垂直，是垂直向下的方向，而重垂线的方向总是竖直向下。由此，我们可以非常明显地区别竖直向下和垂直向下了。

4.寻找物体的重心。

物体的重心是物体所受重力的作用点，采用悬挂法可以找到物体的重心。把物体在任何一点悬挂起来，让重垂线自然下垂，重垂线必然经过物体的重心。因此，从不同点把物体悬挂起来，描出重垂线经过的路线，则两条重垂线的交点就是物体的重心了，如图2。对于形状规则，质地均匀的物体，其重心就在物体的几何中心；形状不规则，质地不均匀的物体的重心甚至可能不在物体上。

5.利用重垂线可理解稳度与支撑面、重力作用线的关系。

稳度是指物体平衡的稳定程度，支撑面又叫支面，是指物体与支撑体接触点围成的表面，它的大小可能是接触面积，也有可能是接触点围成的表面面积。如图3，把重垂线系在实验仪器的重心上，此时的重垂线就是物体的重力作用线了。把仪器放在两个面积很小的方木块A、B上，此时的支撑面就是A和B围成的表面，观察重垂线，刚好落在支撑面内，实验仪器能够保持平衡。再把A、B并拢，放在仪器底边偏向一侧的地方，让重垂线落在木块A、B之外，放手后观察仪器是否稳定。由此得出稳定的一个条件：重力作用线一定要落在支面上。

重垂线实验仪器的改进原理简单、制作简便、使用方便，应用于教学中能取得良好的效果。