“探究杠杆的平衡条件”实验教学探讨

物理课程标准指出：科学探究既是学生的学习目标，又是重要的学习方式之一，将科学探究作为物理教学的内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。

探究杠杆的平衡条件是苏科物理九年级上册安排的第一个探究性实验，应该说实验的操作并不复杂，结论也不难得出，但正如《物理课程标准》在关于科学探究一节中指出的那样，“对于多数探究活动来说，探究的过程比探究的结果更重要，在探究活动中，不要为了赶进度而在学生还没有进行足够思考时草率得出结论，为了让学生充分体验探究的过程，应该安排足够的时间让各种想法、各种观点进行充分的交流和讨论。”

对于“探究杠杆平衡条件”这一实验的教学，笔者认为有以下几个方面是值得重视和探讨的。

1　关于杠杆的平衡

什么是杠杆的平衡?苏科物理教材中并没有明确具体的说明，由于实验时我们是让杠杆在水平位置处于静止状态的，所以许多学生往往错误地认为：杠杆的平衡就是指杠杆处于静止状态，甚至就是指在水平位置静止，为此，教师必须明确指出：杠杆的平衡不只是指杠杆处于静止状态，更不是指只在水平位置保持静止，杠杆的平衡还包括杠杆的匀速转动，实验中之所以让杠杆在水平位置保持静止，只不过是为了使问题简单化和便于实验操作而已。

2　影响杠杆平衡的因素

探究杠杆的平衡条件自然应该从影响杠杆平衡的因素着手，那么，影响杠杆平衡的因素有哪些呢?从杠杆的定义学生不难作出猜想：力是影响杠杆平衡的因素，但杠杆的平衡还与力臂的大小有关就不是学生能够想到的了，对此，笔者设计了这样的演示实验：出示一个已在水平位置保持平衡的杠杆，在支点的一侧给杠杆施加一个力的作用，学生们看到杠杆立即失去了平衡，由静止发生了转动，力是影响杠杆平衡的因素得到了验证，接着，我逐渐改变力的方向，直到力的作用线通过支点，实验过程中，同学们看到无论沿什么方向用力，杠杆均会发生转动，只有力的作用线通过支点时，杠杆才仍然处于静止，我让学生在纸上画出实验中杠杆的示意图，并让他们作出几种不同情况下的力臂，同学们通过比较发现，当施力的方向发生改变时，力臂的大小也随之发生了改变，而当力的作用线通过支点时，其力臂则变为了零，我适时的提出了问题：“影响杠杆平衡的因素除了力，还有什么?”，学生自然而然地回答：“还有力臂，”我说：“正是因为如此，我们才引入了力臂的概念，力和力臂共同决定了杠杆的转动，没有力杠杆不会转动，只有力而其力臂为零，杠杆也不会发生转动，所以，影响杠杆平衡的是力和力臂，一个力如果其作用线通过杠杆的支点，它对杠杆的平衡是不会产生影响的。”

3　杠杆的水平调节

探究杠杆平衡条件实验的重要一步是实验前杠杆的水平调节，调节时，要利用了杠杆两端的平衡螺母，调节的方法是：杠杆左偏，杠杆两端的平衡螺母向右调节；杠杆右偏，杠杆两端的平衡螺母向左调节，这与天平横梁的水平调节相似，学生不难掌握，问题的关键是，为什么要进行这一步的实验操作?对此，许多同学甚至很多老师都存在着错误的认识，他们总是笼统地认为，调节的目的是为了便于在杠杆上直接读出力臂的大小，其实，便于在杠杆上直接读出力臂的大小，是实验中使杠杆在水平位置保持平衡的目的，而不是实验前调节杠杆在水平位置的目的，实验前调节杠杆在水平位置的目的是，避免实验中杠杆重力对杠杆在水平位置平衡产生影响，为了讲清这一问题，笔者做了如下的演示实验：用手对本来不在水平位置的杠杆施力，使其处在水平位置，然后松手，学生看到杠杆发生偏转，我问：“是什么力使杠杆发生了偏转?”，学生回答：“是杠杆自身的重力，”，我接着说：“杠杆的重力一定会使杠杆转动吗?此时杠杆的转动还说明了什么?大家可以联系我们刚才所讲的影响杠杆平衡的两个因素进行思考，”学生经过讨论后回答：“还说明了此时处于水平位置的杠杆重力的力臂不为零，重力的作用线没有通过杠杆的支点，”我问“那么，如何才能消除杠杆的重力对杠杆在水平位置平衡的影响呢?”，学生回答“设法使杠杆的重力作用线通过支点，”我说：“很好，这也就是我们在实验前调节杠杆在水平位置的目的所在，”，接着，我对杠杆的水平进行了调节，调节后的杠杆在水平位置没有发生偏转，至此，学生对调节杠杆的目的有了清楚的认识和理解，教学过程中的一个难点得到了圆满的解决。

4　“杠杆平衡条件”的实验(探究过程)

一个探究性的物理实验往往需要解决三个问题：做什么、用什么做和怎样做?做什么指的是实验的目的，用什么做指的是实验所需的器材，而怎样做则指的是实验的操作步骤，这三者是相互联系的，“探究杠杆平衡条件”的实验需要解决的自然也是这三个问题。

4.1实验的目的

“探究杠杆平衡条件”的实验目的，无疑是通过实验探究，知道杠杆的平衡条件是什么，但具体需要做些什么呢?教学中教师仍可引导学生从影响杠杆平衡的两个因素(力和力臂)人手进行思考，学生很容易便可得出：需要测出杠杆受到的力的大小和所受力的力臂大小(即动力、动力臂和阻力、阻力臂的大小)。

4.2实验的器材

实验器材的选择依据于实验的目的，“探究杠杆平衡条件”的实验器材中，很显然地应该有一个由铁架台支撑起来的可以自由转动的杠杆，这是每一个学生都能够想到的，但除此之外，还需要什么器材，学生就要动脑筋想一想了，教师同样可以进行引导：我们探究的是杠杆在受力情况下的平衡条件，实验器材中自然应该有对杠杆施加力的作用的物体，实验中要测量力和力臂的大小，自然应该要有测量力和力臂的测量工具，从而不难得出：“探究杠杆平衡条件”的实验器材中，除杠杆以外，还要有适当数目的钩码、弹簧测力计和刻度尺等，需要加以说明的是，由于实验中杠杆上有刻度，当杠杆处于水平状态时，力臂的大小可以从杠杆上直接读出，实验时就无需专门的刻度尺了，倘若实验时采取在支点两边挂钩码的方法，由于钩码的质量已知，可以计算出它们对杠杆的拉力，则弹簧测力计也就不需要了。

4.3实验的操作

“探究杠杆平衡条件”的实验操作并不复杂，需要强调的是，每一次实验时，都必须使杠杆在水平位置保持平衡，因为每一次实验中，动力和阻力的方向都是竖直向下的，杠杆只有在水平位置保持静止，才能方便的从杠杆上直接读出力臂的大小，也因此才能降低实验的难度否则，就会加大实验的难度，甚至导致错误的实验操作，得出错误的实验结论。

5　实验数据的收集和处理

实验数据的收集和处理，是科学探究的重要环节，实验的结论正是在此基础上，通过分析归纳得出的，但需要引起重视的是，收集的实验数据不能只有一组或两组，也不能特殊(如：动力为2N、动力臂为5cm，而阻力为5N、阻力臂为2cm)，不然，得出的结论就不具有普遍性，甚至是错误的。

收集的实验数据应该记录在一个事先设计好的表格中，表格设计是能力的一种体现，更是一种良好的学习习惯，如果将收集的实验数据随意地记在纸上，杂乱无章、没有条理，是不利于对实验数据的处理和分析的，也难以顺利的得出正确的结论。

对“探究杠杆平衡条件”的实验而言，收集了几组数据后，在进行实验数据的处理时，学生很难想到将动力与动力臂相乘、阻力和阻力臂相乘，再进行比较。这时，教师不妨让学生对这些数据进行加、减、乘、除等运算，经过运算，学生就不难找出它们的关系，从而得出“动力×动力臂=阻力×阻力臂”的正确结论了，当然，在得出正确的结论后，应该向学生指出：不同的物理量是不可以相加减的。

子曰：“学而不思则罔，”，其实，教师的教和学生的学一样，也是离不开思考的，教学是一门学问，也是一门艺术，教师只有勤于思考、刻苦钻研、精心设计，教学才能得到学生的认可，教学的效果才会明显，才能达到“传道、授业、解惑”的目的。