判断桌面是否水平的妙法

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我们知道，许多物理实验要求在水平面上进行，如托盘天平使用时应放在水平桌面上.在生活中也需要许多水平面，如窗台要水平的，斯诺克台球比赛的球桌必须是水平的.那么如何来判断桌面是否水平呢？下面介绍一些判断水平的简单方法和专业的测量工具――“水平仪”的使用方法，并通过例题来巩固这方面的知识.

一、判断水平的三种妙法

1.“小球法”

器材：光滑的小球

操作：将小球平稳地放置在桌面上

判断：观察小球是否滚动.若小球静止，则说明桌面是水平的，若小球滚动，则说明桌面不水平.

原理：当桌面发生倾斜时，小球在重力的影响下会滚动.

评价：原理简单，受摩擦影响误差较大.

拓展：要提高判断的精确度，可在桌面上放上一块玻璃板，选择质量较大、表面较光滑的钢球，现象会更加明显，便于判断.

2.“水平面法”

器材：水、杯子

操作：将杯子盛满水，平稳地放置在桌面上.

判断：观察盛满水的杯子周围是否有水溢出.若没有水溢出，则说明桌面是水平，若有水溢出，则说明桌面不水平.

原理：杯子中的水面始终是水平的.

评价：取材方便，精确度不够高.

拓展：与之类似的方法，在桌面上放一大盆水，观察比较静止后的水面与脸盆的两侧边缘的距离.距离若有相差，即桌面不水平.

3.“重锤线法”

器材：重锤线、直角三角尺

操作：在桌面上方悬挂一根重锤线，使锤尖靠近桌面.

判断：利用直角三角尺判断重垂线与桌面是否垂直.若垂直，则说明桌面是水平的，若不垂直，则说明桌面不水平.

原理：重力的方向是竖直向下的.

评价：操作简单，精确度不够高.

拓展：器材可自制并组合，先将两块木板互相垂直地钉好，放在桌面上，在与桌面垂直的一块木板顶端系上一条重垂线，观察重垂线与木板的位置关系，从而来判断.

二、水平仪

在物理实验和工业生产中有专业的测水平的仪器，一般称之为“水平仪”或“水准仪”.水平仪的种类很多，常用的是气泡水平仪.下面简单介绍一下气泡水平仪的结构、原理及使用方法.

气泡水平仪不仅可以用来检查平面是否水平，而且可以测量倾斜的方向和角度.它的关键部位是气泡管.气泡管的内表面有刻度，内表面充以液体和气泡.当水平仪发生倾斜时，气泡管中的气泡就向水平仪升高的一端移动，从而确定水平面的位置.气泡管总是对底面保持水平.测量时水平仪底面紧贴在被测表面，待气泡完全静止后方可进行读数.水平仪刻度值用角度或斜率来表示.

在物理实验室中调节平面水平时常使用简易的圆形水平仪，在它的表面设有刻度，调节水平时只需要把气泡调至气泡管的中央位置即可.

三、例题分析

例1 许多物理实验要求在水平面上进行，下列判断某直轨道是否水平的方法中不可行的是（ ）.

A. 把盛满水的烧杯放在直轨道上，看是否有水溢出

B. 把一光滑的小球放在直轨道上，看小球是否滚动

C. 把一个连通器放在直轨道上，看水面是否相平

D. 在轨道上方悬挂一重垂线，看重垂线是否与直轨道垂直

解析 根据前面介绍的方法一、二、三可知，A、B、D可行，而C选项无论轨道是否水平，连通器里的水面都是水平的.正确的判断方法应该是观察连通器里的水面是否与轨道平面平行.若平行，说明轨道水平.此方法与方法二类似.

例2 如图所示，在待检验的桌面上放一块平面镜，在镜面上悬一重垂线且使锤尖靠近镜面，通过平面镜观察重锤线和它的像．你认为重锤线和它在平面镜中像有什么关系才能说明桌面是水平的？为什么？

解析 无论从哪个角度看，如果重垂线和它在平面镜中的像合成一条直线，那么桌面就是水平的.因为重垂线是竖直方向的，如果它的像与它在一条直线上，则重垂线与像的边线也是竖直的，由平面镜成像特点可知物与像的连线与平面镜垂直的，所以这时桌面是水平的．

例3 如何用玻璃管和水自制简易的水平仪并检测桌面水平？

解析 将水注入玻璃管中留一个小气泡，将玻璃管两端封闭.用柱形水平仪判断平面水平时，要从横向和纵向两个方向同时进行判断，如果两个方向上玻璃管中的气泡都处在中央位置，可判断出桌面处于水平状态.