江蘇省無錫市劉潭實驗學(xué)校(214046) 宋懷甫

關(guān)于學(xué)生知識學(xué)習(xí)的重難點(diǎn),教師都很重視,但對于技能方面的重難點(diǎn)容易忽略,比如彈簧測力計的校零。教學(xué)中不重視實驗的教師對彈簧測力計的校零可能會不屑一顧,他們認(rèn)為只要把彈簧測力計豎直放好,使指針對準(zhǔn)零刻度線就可以了。彈簧測力計的使用果真如此簡單嗎?

1 彈簧測力計校零時要消除彈簧和秤鉤重力的影響

在中學(xué)力學(xué)實驗中,經(jīng)常要用彈簧測力計測量力的大小。在彈簧的彈性限度內(nèi),彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比,彈簧測力計就是根據(jù)這一原理制成的。如圖1所示,彈簧測力計主要由彈簧、指針、秤鉤、刻度盤組成。

如圖2所示,把彈簧測力計先豎直放置,校正“0”點(diǎn)；然后分別水平放置、豎直倒放,指針位置分別如圖3、圖4所示。

圖1 彈簧測力計

圖2 豎直正放

圖3 水平放置

圖4 豎直倒放

從圖中可以看出,把豎直放置已經(jīng)校正“0”點(diǎn)的彈簧測力計,水平放置、豎直倒放,指針不在零刻度線處,且變化較大。水平放置時指針不在零刻度線處,這主要是消除了彈簧測力計的彈簧和秤鉤重力的影響。豎直倒放時指針不在零刻度線處,主要是測力計的彈簧和秤鉤受重力的作用引起。所以,我們在使用彈簧測力計測力前,一定要把彈簧測力計按照測量時需要的位置放好,然后校正“0”點(diǎn),這樣才能根據(jù)需要消除或避免彈簧和秤鉤的重力對測量的影響。在大家的腦海中,最常見的校零方式是把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn)。如探究重力大小與物體質(zhì)量的關(guān)系時,因為重力的方向豎直向下,所以要把彈簧測力計豎直放置校零。綜上所述,使用彈簧測力計時要把彈簧測力計按測量時的位置放好進(jìn)行校零,并不是總要把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn)。

2 彈簧測力計沿著斜面拉小車時,要平行于斜面校零

蘇科版教材中,進(jìn)行功的原理教學(xué)時,如圖5所示,通過探究斜面是否省力。是否省功,最后歸納出：使用斜面時省力,但不能省功。利用其他機(jī)械做功時,可以得到同樣的規(guī)律,推導(dǎo)出使用任何機(jī)械都不能省功。

圖5 功的原理教學(xué)實驗

同組教師在實驗時,把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn)后,測出小車的重力G；把小車放在斜面上,用彈簧測力計沿著斜面勻速拉動小車通過一段距離,讀出拉力F；然后用刻度尺測出小車移動的距離s和小車被提升的高度h,測量數(shù)據(jù)見表1。

表1 測量數(shù)據(jù)

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可看出,拉力F小于小車重力G；拉力做的功W1小于不用機(jī)械做的功W2,即使用斜面既省力又省功,違背了功的原理。分析該實驗錯誤的原因是什么? 把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn),測出小車的重力G,這一步是正確的。沿著斜面勻速拉動小車時,彈簧測力計要平行于斜面。彈簧測力計平行于斜面放置時,指針位置如圖6所示,由于彈簧測力計的彈簧和秤鉤重力的影響,指針不再指在“0”刻度線,沿著斜面勻速拉動小車時,測出的拉力誤差較大。找出了問題的根源,將實驗進(jìn)行改進(jìn)。把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn),測出小車的重力G,然后把彈簧測力計平行于斜面放置,再次校正“0”點(diǎn)。沿著斜面勻速拉動小車通過一段距離,測出拉力F。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理見表2。

圖6 平行斜面放置校零

表2 實驗數(shù)據(jù)

分析表2中數(shù)據(jù)可知,拉力F小于小車的重力G；拉力F做的功W1大于不用機(jī)械做的功W2,即使用斜面時省力,但不能省功。

3 彈簧測力計倒置測量時,要倒置放置校零

蘇科版教材中,探究定滑輪的工作特點(diǎn)時,實驗設(shè)計如圖7所示。先測出鉤碼的重力G,然后用定滑輪提升鉤碼。實驗中豎直向下拉繩端,勻速提升鉤碼,測出拉力F。在教學(xué)時,我沒有過多強(qiáng)調(diào),就讓學(xué)生按照課本上的步驟進(jìn)行實驗。學(xué)生通過實驗,數(shù)據(jù)記錄見表3。

表3 學(xué)生實驗數(shù)據(jù)記錄

分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的拉力小于鉤碼的重力,由于滑輪的摩擦力的影響,拉力肯定略大于鉤碼的重力,拉力的測量錯誤。一名學(xué)生講述了他的實驗過程：把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn),測出鉤碼的重力G；使用定滑輪提升鉤碼,豎直向下勻速拉彈簧測力計,讀出拉力F。聽完學(xué)生的匯報,筆者知道他是在彈簧測力計?！?”時出現(xiàn)了問題。筆者讓學(xué)生把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn)后,再把彈簧測力計倒放,觀察指針的位置是否改變? 把彈簧測力計豎直放置,校正“0”點(diǎn)后,再把彈簧測力計倒放,指針位置變化較大。筆者向?qū)W生提出問題：彈簧測力計豎直放置校零后,再倒置放置,為什么指針不再對準(zhǔn)“0”刻度線? 學(xué)生討論后回答：是彈簧測力計的彈簧和掛鉤重力的影響。接著繼續(xù)問：本實驗中,測完鉤碼的重力后,應(yīng)該怎么做?學(xué)生回答：應(yīng)該把彈簧測力計豎直倒放,再次校正“0”點(diǎn)。改進(jìn)后,學(xué)生再次實驗,數(shù)據(jù)記錄見表4。

圖7 倒置放置校零

表4 數(shù)據(jù)記錄

分析數(shù)據(jù),歸納結(jié)論：使用定滑輪不能省力,但可以改變施力的方向。

從以上實驗可看出,在使用彈簧測力計時,測量前務(wù)必把彈簧測力計按測量時需要的位置放好,校正“0”點(diǎn)。

4 結(jié)語

彈簧測力計的校零是實驗操作中的難點(diǎn),尤其是容易忽視的難點(diǎn)。主要原因是教師考慮教學(xué)難點(diǎn),往往從考試的角度去考慮,對實驗技能上的難點(diǎn)不重視。例如在繪制圖像的時候,忽視了如何描點(diǎn)。在斜面上拉動物體的時候,忽略在斜面上對彈簧測力計重新調(diào)零。彈簧測力計在使用前,應(yīng)該把彈簧測力計按測量時的位置放好進(jìn)行校零,這是必備的實驗技能,也是課堂教學(xué)中容易缺失的一部分。在紙面上看起來很容易的東西,要自己實際操作,你會感覺不一樣。難度體驗不同,解決后的感受也不一樣。學(xué)生的動手能力,往往就是需要這樣的機(jī)會來提升。