[实用新型]一种杠杆平衡条件实验装置

说明书

本实用新型涉及教具设备领域，具体为一种杠杆平衡条件实验装置；包括力矩盘，绕力矩盘中心设有同心圆刻线，同心圆刻线上设有一个以上的第一挂点，力矩盘上设有与同心圆相切的竖向刻线，在该竖向刻线上设有一个以上的第二挂点；本实用新型的有益技术效果是：1、通过将力矩盘分割为多个组件并展开杠杆平衡实验，帮助学生理解到力矩盘的本质也是一个杠杆；2、操作简单，误差小，能够形象展示力臂是支点到力的作用线的距离这一概念，在多次演示中帮助学生逐步建立力臂的概念。

技术领域

本实用新型涉及教具设备领域，具体为一种杠杆平衡条件实验装置。

背景技术

从学科的角度而言，杠杆是一种简单机械，从认知的角度而言，杠杆是一种模型，杠杆模型的五要素包括：支点、动力、阻力、动力臂和阻力臂，但对于刚接触物理的学生来说，杠杆这一概念还是比较抽象，尤其是如何帮助学生认清力臂的概念历来成为杠杆学习中的难点。

若老师仅仅通过书本和视频的讲解解释力臂概念，会使学生对杠杆原理的理解不深，学生无法体会到引入力臂概念的必要性，因此常会利用一些辅助教具进行杠杆平衡实验，通过观察、学习杠杆平衡条件实现掌握力臂概念的目的。其中，常见的辅助教具包括：1、水平杠杆尺和异形杠杆尺；2、力矩盘。

但上述方法均存在一些问题，不能很好的帮助学生建立力臂概念：

教具1，如图1，学生在使用水平杠杆尺调节杠杆水平平衡时，两边的钩码或弹簧秤作用力方向始终必须是竖直方向，杠杆上的作用力方向总是与杠杆垂直，杠杆上的长度示数即为力臂值，因此可以从杠杆尺上直接读出力臂，但这容易让学生误认为力臂是支点到力的作用点的距离，形成错误理解。使用异形杠杆尺时，则存在调节平衡难，操作不方便，多次实验结果误差大的缺陷。另外对于刚接触杠杆的初中生来说，很难理解影响杠杆平衡的重要因素为力臂，教师通过以往的教具只能直接给出力臂的概念，很难让学生从实验中体会到杠杆多次平衡的因素是力臂没有发生改变。

教具2，如图2，使用力矩盘时，可以使力的作用点始终位于圆环标线的切线上，通过在同一圆环标线上展示：将一个钩码通过挂绳挂在圆环标线上的一个点上，当拉力作用在圆环标线的另一个点上，且方向沿着圆环标线的切线，当钩码挂绳垂直与圆环标线，力矩盘静止时，拉力与钩码的重力相同，尽管拉力的方向沿着其它点的切线倾斜向上或向下变化，但是力的大小却没有变化，以引导学生找出普遍规律即力矩盘中心到钩码挂绳的垂直距离与力矩盘中心到拉力作用线的垂直距离是相同的，从而认识到力臂的概念。但对于圆环标线以外的点，支点到力的作用线的距离学生不能观察到，就不能很好展示力臂，从而不能形成清晰的表象。

因此，如何提供一种能够准确、形象展示力臂概念，提高教学效果的杠杆平衡实验演示教具成为了有待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决现有技术中的杠杆平衡实验演示教具存在的操作难度大、误差大、不能形象展示力臂概念的缺陷，提出以下技术方案：

一种杠杆平衡条件实验装置，包括力矩盘，绕力矩盘中心设有同心圆刻线，同心圆刻线上设有一个以上的第一挂点，力矩盘上设有与同心圆相切的竖向刻线，在该竖向刻线上设有一个以上的第二挂点。

较优的，力矩盘包括沿同心圆刻线弦方向平行分割的三个或三个以上的组件，组件与组件之间通过铰链转动连接，组件与组件之间还设有固定连接件。

较优的，在力矩盘的后侧设有限位支撑架，组件转动后通过固定连接件与限位支撑架连接。

较优的，还包括与力矩盘相配合并与力矩盘盘面平行的滑轮。

较优的，滑轮安装在支架上，支架通过转轴与力矩盘的中心转动连接。

较优的，力矩盘上设有通过力矩盘中心的水平刻线，力矩盘的后部设有平衡螺母。

较优的，力矩盘上设有沿同心圆刻线弦方向的横向刻线。