周新雅 張鐘文 周行

摘 要：中學物理實驗中，除了合理使用常用的彈簧測力計之外，還要再提出圓盤測力計的功能和用途，并努力在中學物理實驗的設計和教學中適時、合理地應用它。

關鍵詞：圓盤測力計；彈簧測力計；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）2-0054-2

《普通高中物理課程標準修訂稿》強調(diào)物理學科是基于觀察與實驗的自然學科領域中的一門基礎學科，重視觀察與實驗對培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)至關重要。因此，實驗儀器的合理選擇和規(guī)范使用對學生核心素養(yǎng)的形成是十分重要的。

長期以來，由于在中學物理教學中測量力的工具常常使用平板式測力計、條形盒式測力計、圓筒測力計，而很少用圓盤測力計（圖1）。因此，對圓盤測力計作一些介紹和宣傳，喚醒仍處在“沉睡”中的測力計就顯得尤為必要。

1 常用彈簧測力計

圓筒彈簧測力計、盒式彈簧測力計等幾種彈簧測力計是當前初、高中物理教材里常常能見到的使用得最多的測力計，由于其原理簡單，操作方便，所以被廣大師生普遍使用，然而嚴格來說它們并不適合隨處使用。通常它們比較適合在豎直方向上調(diào)零，進而測量這一方向上的重力、向下的拉力大小，而在其他方向上使用時難免遇到一些令人糾結(jié)的問題。主要有以下幾個方面：

1.在水平方向、斜向使用時指針及彈簧與外殼之間的摩擦問題；

2.除在豎直方向上使用時方便調(diào)零外，在其他方向（水平、傾斜和倒置）上使用時的調(diào)零是它的一大硬傷。當彈簧測力計在水平方向擺放時，由于其自身重力的作用，秤鉤和彈簧原本就做不到在水平方向呈一條直線地自由伸展，難以進行調(diào)零。

令人欣慰的是，常用圓筒彈簧測力計、條形盒式彈簧測力計等幾種彈簧測力計的這些劣勢恰恰是下面將要推薦使用的圓盤測力計的優(yōu)勢。

采用圓盤測力計，上述“問題”終于迎刃而解了。像這類的實驗還有很多，如果使用圓盤測力計的話，將會起到很好的實驗效果。在國外的中學物理教學中圓盤測力計被大量使用，例如，大家可以去網(wǎng)上搜一搜“Lesson 3-Newtons Second Law of Motion-Demonstrations in Physics”不難發(fā)現(xiàn)，國外一些人連重力的測量都是使用圓盤測力計的。而我們的老師往往在遇到測量力的大小問題時就像條件反射一樣只會想到條形盒式彈簧測力計、圓筒式測力計。作為一名中學物理教師，應該要知道有這么一種實驗儀器，并且能夠靈活地選擇合適的教學和實驗用具。

2 圓盤測力計

圓盤測力計其實也是彈簧測力計的一種，它的原理也是胡克定律。只是它在設計上更加巧妙，使其在使用時功能更優(yōu)于圓筒、條形盒式等彈性測力計。圓盤測力計的結(jié)構如圖2所示[1]，在教學上的應用如下。

2.1 圓盤測力計用指針偏轉(zhuǎn)角度大小顯示力的大小和方向

圓盤測力計上的示數(shù)不再以彈簧伸長的多少來表示，而是轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)角度大小來反映。圓盤測力計的大圓刻度盤和長指針可以有效增大可見度和直觀性。原本只能在單向（豎直方向）拉伸使用前面提到的彈簧測力計，現(xiàn)在改用圓盤測力計就可以靈活地應用于水平、斜向、反向上來測各個方向的力。在一些新穎的教學設計和教具制作比賽中，圓盤測力計是十分受歡迎的。

例1 在斜面上物體重力的分解這一探究問題上，教師可以借用圓盤測力計自制力的分解實驗儀（如圖3所示），用圓盤測力計同時顯示力的大小和拉力、壓力的方向。

同時顯示力的大小和拉力、壓力的方向

2.2 突破測力單向性問題

圓盤測力計的中心由齒輪和齒條咬合兩邊，由兩個彈簧拉住兩頭，使其既可以測拉力，也可以測壓力，有效突破單向測力問題。

例2 在探究壓力的作用效果與哪些因素有關的實驗中，就可以利用圓盤測力計不僅可以測量拉伸的力還可以測量壓縮的力的特點來進行實驗探究，還可以用圓盤測力計和橡皮泥來進行實驗演示。

如圖4所示是用圓盤測力計對橡皮泥施壓，壓力的大小從圓盤充分動態(tài)顯現(xiàn)，在橡皮泥上留下的痕跡無聲地說明了它曾經(jīng)的被壓經(jīng)歷，壓力的作用效果得以有效保留，便于進一步對比分析，實驗效果出奇得好。僅就這一點是圓筒彈簧測力計、盒式彈簧測力計所望塵莫及的。

以上是對圓盤測力計結(jié)構功能的分析和相關的教學應用舉例，由此可以看出圓盤測力計真的可以給物理教學帶來極大的便利和無可挑剔的測力過程。

3 結(jié)束語

現(xiàn)如今平板式演示測力計、條形盒式測力計、圓筒測力計在物理教學中的使用已經(jīng)相當普遍，不僅是由于其結(jié)構簡單，使用方便，更大一部分原因可能還是由于思維定勢使得大家只要是測量力便會首先想到使用這些測力計。

估計許多學校早就有這類測力計，它一直被塵封在實驗室的某個角落里，是時候把它翻出來發(fā)揮其應有的作用了。打開視野大膽地接受新知，就不會存在一些教師想不到使用它？甚至一些在一線教了很多年物理的教師連圓盤測力計都沒有見過，更別說會用它們了。這種狀況應該改變。

測量力的工具有多種多樣，需要教師們突破定勢思維，充分發(fā)揮各種測力計應有的作用，用最合適的測力工具去解決實際教學中的最適合解決的問題。特別應該重視圓盤測力計的使用，不要讓這么一件寶貝長期躺在儀器堆里“不見天日”。如果能夠因時因地選擇使用它，將會使測量力的工具的使用更加趨于合理，一些實驗設計更為科學有效，更加有利于廣大師生物理學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

參考文獻：

[1]周雨婷，周新雅.突破思維定勢解決彈簧測力計的使用誤區(qū)[J].中學物理，2016，34（12）：20-21.

（欄目編輯 王柏廬）