百宏文教 BHCS
SCIENCE LAB / 理化 · 力與簡單機械

槓桿與力矩實驗室

在支點兩側掛重物與施力,比較兩側力矩;把施力改成斜著拉,找出真正的力臂是哪一段距離。

國中建議 15–20 分鐘任務 → 操作 → 紀錄 → 挑戰

今天要學會什麼

先備知識
力的大小與方向、支點
學習目標
用「力矩=力×力臂」判斷槓桿是否平衡;說明兩側力不一樣大卻能平衡的原因;找出力臂是支點到力的作用線的垂直距離
使用方式
各校版本進度不同,請依單元選用。先接任務,再只改一個變因;至少保留兩筆可比較的紀錄。

引導任務

自由探索:先固定其他條件,只改一個變因。

01 / EXPLORE

研究工具箱

調整實驗條件
查看圖像與結果 ↓

選好條件後按「開始觀察」。

02 / OBSERVE

圖像與觀察結果

選好任務或設定條件後,按「開始觀察」。

操作後,這裡會說明模型結果。

請設定條件,然後操作並觀察。

03 / RECORD

我的實驗紀錄

紀錄只保留在本機。

本次模型條件與觀察依據
#條件結果解釋
尚無紀錄

常見迷思

力臂不是「施力點到支點的距離」,而是「支點到力的作用線的垂直距離」;斜著施力時,有效力臂會變短。

04 / CHECK

三題學習檢核

1. 左邊 10 N 的重物掛在 20 cm 處,右邊在 40 cm 處垂直向下施力,多大才能平衡?
2. 施力大小與施力點不變,只把施力方向從垂直改成斜的,右側力矩會?
3. 力臂指的是?

模型限制與教師提示

理想輕槓桿:不計槓桿本身重量、支點摩擦與槓桿彎曲。重物鉛直向下;右側施力方向由夾角設定,都朝向讓右側下沉的一方。圖中槓桿傾斜固定畫 8°,只表示轉動方向,不是實際停下的角度。

給老師的比較任務與判讀

讓學生直接操作並留下第一筆觀察,再只改一個條件完成第二筆;要求學生指出哪些數據支持自己的解釋,以及模型不能支持什麼。

公式:力矩=力×力臂。左力矩=w₁×d₁;右力矩=F₂×d₂×sinθ,其中 d₂ sinθ 是支點到力的作用線的垂直距離(有效力臂)。兩側力矩相等時槓桿平衡。1 N·cm=0.01 N·m。

參考概念來源:OpenStax:力矩與平衡的第二條件。本頁文字、題目與示意圖為自編,簡化規則依本頁限制解讀。

接著學

直線運動圖表 · 力與運動實驗室 · 自然實驗總覽