贝喜增
(河北省灵寿县北洼中学,050500)
【摘要】 用“杠杆”做功是利用条形固体传递力做功的,它与用任何固定形体的物体传递力做功都遵循“使用任何机械都不省功”的原理。讲“杠杆”用“硬棒”作模型不真,“支点”说法不切实际,“力臂”使用范围狭窄,应以“固体转动传递力”替代“杠杆论”。
全国统编教材初中物理第一册《简单机械》一章第一节里讲的“杠杆”是什么?“杠杆”实质上就是人们利用固体转动传递力做功时,被利用的那种非弹性固体。
物理课本上讲:“一根硬棒,在力的作用下如果能绕着固定点转动,这根硬棒就叫做杠杆。”作者根据多年的教学实践,以为这个定义有不妥当之处。
第一,“硬棒”“杠杆’的提法欠妥。实际上,任何固定形体、包括球体、柱体、规则或不规则形体在力的作用下,绕固定轴线转动都是可以传递力做功的。而“硬棒”“杠杆”给人们的印象是条形体。这种提法,容易被人误解为:只有条形体才能在力的作用下转动传递力做功。尽管课本里又说“硬棒”可以是直的,也可以是弯的,但仍改变不了“条形体”的印象,还会在后面讲“轮轴”“滑轮”时让人感到,说“它们”实质上也是“杠杆”牵强附会了些。因此,不提硬棒,也不提杠杆,而只笼统地说“固体”,给人的印象无误又实在,也自然,倒很好。
第二,固体绕着转动的不是固定点,而是固定轴线。固体在力的作用下,绕着固定轴线转动时,固体上的任意一点都是在固定平面内的一个圆周上。有确定位置的施力物体是便于在固体上的适当点连续施出力做功的。
固体在力的作用下,也只有绕轴线转动,将力传递到它上面的任意一点时,这点也是绕此轴线转动,且也在一确定平面的一个圆周上。用此圆周上点的传出力作用在一般有定位的受力物体上做功是非常方便的。
固体在力的作用下,绕固定点转动,力的作用点的运动轨迹是球面。因此力的作用点就不是在一个确定平面的固定圆周上。因为施力物体常在一定位置时施力方便,固体绕固定点转动,一定位置的施力物体就不便连续施出力做功了。
固体在力的作用下,绕固定点转动,固体上任意一点的运动轨迹都是球面。因此,固体上所有的点(包括传出力的作用点)都不一定在固定平面上的固定圆周上。阻碍固体转动的阻力(受力物体)一般也是一定位置。如果固体绕固定点转动,人们就不便利用此固体上某点的传出力克服阻力做功了。
在力的作用下,绕定点转动的固体是有的。如:孩子们玩的陀螺。当陀螺摇摆、晃动旋转的时候,可以看作是绕固定点转动的。一旦平稳、高速、不晃动,定在某点旋转时,就又是绕轴线旋转的了。
又如,轴承里珠架上的球形滚动珠粒。这些钢珠可以看作是绕固定点——球心转动的(图5)。钢珠是被固定在珠架里,相对于珠架,球心的位置是固定的,滚珠是可绕各自的球心——固定点转动的。
课本里讲的“杠杆”不是孩子们玩的摇摆、晃动时的陀螺,也不是珠架里绕球心转动的钢珠。总之“杠杆”不是绕固定点转动的。课本后面讲的“轮轴”“滑轮”就更不是绕固定点转动的了。“杠杆”无疑是绕固定轴线在力的作用下转动传递力的。
第三,物理课本上还说:“从支点到动力作用线的垂直距离叫动力臂”。“从支点到阻力作用线的垂直距离叫阻力臂。”因为固体绕着转动的不是固定点,所以这力臂的规定就片面,适用范围狭窄。它只能适用于“条形硬棒”与实际绕着转动的轴线垂直的特殊情况,而不适用于“硬棒”与实际绕着转动的轴线不垂直的一般情况。
“杠杆论”中“杠杆”“硬棒”给人的印象失真;支点的说法不切实际;力臂的规定无普遍应用价值。由此三点可见“杠杆论”是站不稳脚了。而“轮轴”“滑轮”又都套用“杠杆原理”去讲,所以,这是不恰当的。因此,物理课本需要改编。不仅需要以“固体转动传递力说法”去替代 “杠杆论”,还需全面改用“力传递说法”以充实、完善、系统力学知识。 |