二力平衡作为一个必做实验，在多种版本教材和实验参考资料中被广泛提及。以下就是老师们摸索出来的多种实验方法的汇总。

1.小车实验

如图3—8—1所示，小车两端挂有细绳，细绳绕过滑轮，下端各悬吊质量相等的小盘和砝码。小车受到同一直线上方向相反的两个拉力。实验表明，当两个盘中的砝码质量相等，也就是F1和F2大小相等时，小车保持静止。可见，作用在一个物体上的两个力，如果在同一直线上大小相等、方向相反，这两个力就平衡。

此实验显示小车的平衡直观形象，但小车除受到拉力F1和F2外，还受到重力和桌面的支持力，这两个彼此平衡，但对小车在水平方向上的运动无影响。教学中虽有教师这样提示，但对初中生的认知仍知会产生一定的干扰。

图3—8—1　小车实验

2.回形针实验

如图3—8—2所示，用两只相同的弹簧测力计将回形针（或圆环）按图钩住。用手把两个弹簧测力计在一条直线上朝相反方向拉开时，从弹簧测力计的示数可知两个拉力的大小。当回形针在两个拉力作用下处于静止状态，即达到平衡时，可发现两个测力计的示数相同。这说明物体同时受到两个力的作用，当它们的大小相等、方向相反且沿同一条直线上时，该物体处于平衡状态。

图3—8—2　回形针实验

若演示时要使右边或左边的弹簧测力计示数变小，则物体将向左或向右做加速运动，否则回形针就会下垂，或使两边测力计读数同时减小。但由于是用肉眼观察，对测力计示数的动态变化情况较难把握。

实验中把研究物体改为轻质回形针，意在其重力可以忽略，使问题简化。可尽管如此，回形针的重力毕竟存在，硬性忽略会对此后讲授的“受力分析”内容产生不良影响。

在“简化模型，尽可能排除干扰项”的思想指导下，教师们开始倾向于选择只受到两个力—重力和拉力作用的实验场景。如图3—8—3所示，回形针在竖直方向上只受到两个力的作用：弹簧测力计对它的拉力和钩码对它的拉力（大小等于钩码的重力）。从实验可观察到：当回形针静止时，弹簧测力计的示数和钩码的重力相等，作用在回形针上的两个力平衡。

3.悬浮平衡实验

为了拓展学生的思维，教学中还设计了一些不同性质力的平衡实验。图3—8—4是磁力和重力平衡的实验装置。取两块有孔的磁铁，其中一块磁铁放在有木柱的底座上，另一块也放进去，使两磁极相向面相同。这时会发现上面一块磁铁处于悬浮状态，当它静止时，它受到向下的重力和下面磁铁对它向上的斥力大小相等。把悬浮磁铁向下压，磁铁间的斥力增加，这时作用在悬浮磁铁上的斥力和它的重力不平衡，所以一放手就向上移动，直到两个力又处于平衡状态。

图3—8—5所示是显示浮力和重力平衡的实验装置。在泡沫塑料边缘四周每隔相同间距涂上颜色。演示时把泡沫塑料块放入水中，由于其密度小，浸入水中很浅，演示时可忽略不计。在上面放上一砝码时，可观察到泡沫塑料块浸没到某一深度平衡。这时它受到砝码向下的压力和水对它向上的浮力，压力大小就等于砝码重力；浮力大小等于排开同体积的液体的重力。

图3—8—3(www.daowen.com)

图3—8—4　磁力和重力平衡的实验装置示意图

图3—8—5　浮力和重力平衡的实验装置示意图

吹毛求疵还是追求完美：

二力平衡实验在百多年前已有实践，本文中追述了相关的解决方案。但是为什么还要一而再、再而三地改进呢？原因很简单—教学专家并不满足于以前的实验方案。比如回形针实验，有人就指出回形针的重力影响对整个模型来说不可忽略；磁悬浮实验倒是可以彻底抛弃两物体之间的有形介质，但是又遇到了测量的问题—两个外观相同的磁铁具备完全相等的磁力吗？以此类推，水漂浮实验和机翼平衡实验都存在着这样或那样的瑕疵。因为不完美，所以要追求完美，这种思维方式构成了物理教学专家们不断改进二力平衡实验方法的原动力。有人认为这是吹毛求疵，但正是这种吹毛求疵，才确立了科学层面的精确，并在推动科学发展的同时树立了科学的严肃性。从这个角度出发，我们必须承认现实存在的缺陷，直面专家们的需求，以此为原动力，不断促进DIS自身的发展。

逆向实验—破解验证难题的巧计：

中国古代兵法一直强调的“奇正相变”，其中蕴含着巨大的思维智慧。所谓“正”，指的是常规思路；所谓“奇”，指的则是非常规思路。只有将常规思路和非常规思路根据客观需要灵活地加以运用，才能够在大多数情况下（注意：需要避免各种绝对化的表述！）立于不败之地。在二力平衡实验验证的历史上，逆向实验虽然并非主流，但在笔者看来却是值得总结和发扬的。因为对于这样一个浅显易懂但又以常规办法难以排除干扰加以完美验证的科学原理来说，逆向实验却往往能够起到意想不到的效果。即便逆向方法最后也被确认不完美，我们也可以借此给学生灌输一种思维方式，让他们意识到：物理科学的研究中，也可以使用数学上常用的“反证法”。

当放上不同重力的砝码，泡沫塑料块浸没深度增加，直到砝码重力与水的浮力相平衡。

图3—8—6　机翼模拟装置

图3—8—6所示用薄木片制作两块翼肋，并以吹塑纸作蒙皮做成机翼。在其重心的轴线上穿两根细钢丝，其两端固定在支架上。把电风扇正对机翼的前方。当风扇转动时，由于空气流过机翼上方流速大压强小；流过机翼下方流速小压强大，这个压强差使机翼获得升力。当机翼在某一位置静止时，这时机翼的重力和升力平衡。

4.逆向实验

一般教材中有关二力平衡实验，多为显示正面现象得到结论。图3—8—7所示实验由于有反面现象作背景，使正面现象从背景中衬托出来，在增加了实验的可信度的同时，凸显了二力平衡的条件。

在一张卡片纸两角穿上橡皮筋，并和木板对角线的两端固定的图钉连接[图3—8—7（a）]。实验时先将卡片纸拉至图3—8—7（b）所示处，这时所受二力虽在同一直线上，但从橡皮筋的伸长不同可知，卡片纸所受二力大小不等，松手后卡纸又回到平衡位置；将卡片纸移到图3—8—7（c）所示位置，可以看到两根橡皮筋不在同一条直线上，松开后卡片纸仍会回到平衡位置。

最后将卡片纸一剪为二[图3—8—7（d）]，平衡被破坏。从而进一步反向凸显二力平衡还有一个重要前提，即两个力一定要作用在同一物体上。

图3—8—7　简易二力平衡实验