重力與質(zhì)量間的正比關(guān)系需要科學(xué)探究嗎

王偉民

(太和縣宮集鎮(zhèn)中心學(xué)校 安徽 阜陽(yáng) 236652)

與老版本的教科書(shū)一樣，最新版本的人教版《八年級(jí)物理》教科書(shū)下冊(cè)(2012年版)，在第七章第3節(jié)“重力”一節(jié)中介紹重力的大小時(shí)，以 “托起質(zhì)量不同的物體，會(huì)感覺(jué)所用的力不同”這種學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象入手，提出問(wèn)題“地球附近的物體所受的重力與它的質(zhì)量之間有什么關(guān)系？”[1]，接下來(lái)便自然而然地引入了探究性試驗(yàn)——探究重力的大小跟質(zhì)量的關(guān)系．

具體方法是(詳見(jiàn)教科書(shū)第10頁(yè))，用若干個(gè)已知質(zhì)量的鉤碼串聯(lián)起來(lái)的整體作為研究對(duì)象，通過(guò)改變鉤碼的個(gè)數(shù)來(lái)改變物體的質(zhì)量，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出研究對(duì)象的質(zhì)量改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的重力數(shù)據(jù)，并記錄在表格中，以質(zhì)量為橫坐標(biāo)，重力為縱坐標(biāo)描點(diǎn)并連線作圖，分析表格中數(shù)據(jù)的變化規(guī)律及兩物理量間的圖像特征，總結(jié)出“物體所受的重力與它的質(zhì)量成正比”這一重要結(jié)論．

筆者以為，物理量重力與質(zhì)量間的正比關(guān)系可以在提出課本所給的問(wèn)題之后，經(jīng)簡(jiǎn)單分析說(shuō)明，將答案直接告訴學(xué)生，根本不需要進(jìn)行所謂的“科學(xué)探究”活動(dòng)．

眾所周知，一個(gè)物理量隨其他物理量的變化規(guī)律有時(shí)是非常隱現(xiàn)的，單憑生活經(jīng)驗(yàn)或感覺(jué)不能確定出物理變化的正確規(guī)律，甚至有可能會(huì)根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)“總結(jié)”出錯(cuò)誤的結(jié)論，在此情況下，我們就需要對(duì)物理量的變化進(jìn)行科學(xué)探究了，因?yàn)榭茖W(xué)探究的目的之一，就是要撩開(kāi)披在“真理”頭上的那層神秘面紗，去偽存真，運(yùn)用科學(xué)的手段和方法，尋找出物理變化的正確規(guī)律來(lái)．可是，如果某一物理規(guī)律的變化簡(jiǎn)單明了，顯而易見(jiàn)，我們就大可不必費(fèi)勁周折地用“科學(xué)探究”的方法再去探究一番，否則，勢(shì)必會(huì)給人一種畫(huà)蛇添足的多余之感，使“科學(xué)探究”的“科學(xué)”性大打折扣．

課堂教學(xué)中，筆者曾按課本提供的方法及步驟，以演示實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)重力與質(zhì)量間的關(guān)系進(jìn)行了“科學(xué)探究”——所用鉤碼質(zhì)量為50 g(即0.05 kg)，將一只鉤碼掛在已調(diào)零的彈簧測(cè)力計(jì)下(測(cè)力計(jì)是演示用的彈簧測(cè)力計(jì)，全班同學(xué)均可清楚地看到測(cè)力計(jì)的讀數(shù))，彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)為0.5 N，指導(dǎo)學(xué)生將這一對(duì)數(shù)據(jù)填在課本設(shè)計(jì)好的表格中，然后，將兩個(gè)鉤碼串聯(lián)起來(lái)，要求學(xué)生將其質(zhì)量0.10 kg填入表格，并比較兩次質(zhì)量的變化規(guī)律，正準(zhǔn)備將鉤碼掛在測(cè)力計(jì)下面測(cè)其重力的時(shí)候，全班學(xué)生卻已異口同聲地說(shuō)出了正確“答案”：兩鉤碼的總重力是1.0 N，接下來(lái)一系列的改變質(zhì)量測(cè)重力的演示步驟，不得不由探究實(shí)驗(yàn)“演變”成了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)鉤碼，學(xué)生都能夠很快地說(shuō)出與其對(duì)應(yīng)的鉤碼組的重力．當(dāng)然，課本原先設(shè)計(jì)的根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出的結(jié)論“物體所受的重力根它的質(zhì)量成正比”，也根本不需要由實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行歸納總結(jié)了，實(shí)際上，早在提出問(wèn)題“地球附近的物體所受的重力與它的質(zhì)量之間有什么關(guān)系”時(shí)，幾乎所有學(xué)生就已經(jīng)“猜”出了問(wèn)題的答案．

那么，是不是因?yàn)槲覀兊膶W(xué)生太“聰明”，或者是因?yàn)椤扒珊稀?，學(xué)生在“科學(xué)探究”過(guò)程中無(wú)意“撞”上了正確結(jié)論呢？答案顯然是否定的．

我們不妨以n只鉤碼與一只鉤碼的重力關(guān)系為例來(lái)進(jìn)行分析．

設(shè)一只鉤碼的質(zhì)量是m，重力為G，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所用的鉤碼的所有物理量都是一樣的(比如，這些鉤碼的質(zhì)量相同、重力相等、體積一樣等等．當(dāng)然，我們用這些一樣的物理量只是為了說(shuō)明問(wèn)題的方便，鉤碼的物理量一樣不會(huì)成為“物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比”這一結(jié)論論證過(guò)程的必要條件)，根據(jù)質(zhì)量定義“物體所含物質(zhì)的多少，叫做物體的質(zhì)量”可知，n只鉤碼所含物質(zhì)的多少一定是一只鉤碼所含物質(zhì)多少的n倍，即n只鉤碼的質(zhì)量一定是一只鉤碼質(zhì)量的n倍；結(jié)合重力的定義“由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力”，而“重力的大小也叫物體的重量”(即不提及方向，單從大小方面來(lái)考慮，重力與重量可以不加區(qū)分的)，利用平行力的合成法則可以得出，n只鉤碼重力大小一定是一只鉤碼重力大小的n倍．換句話說(shuō)，物體的質(zhì)量增加到原來(lái)的幾倍，其重力一定會(huì)增加到相同的倍數(shù)，即物體所受的重力跟它的質(zhì)量成正比．

既然重力與質(zhì)量間的正比關(guān)系根據(jù)兩物理量的定義可以根據(jù)邏輯推理直接得出，而且絕大多數(shù)的學(xué)生能夠非常“輕松”地接受這一論斷(實(shí)際上，在課堂教學(xué)中，教師提出問(wèn)題“地球附近的物體所受的重力與它的質(zhì)量之間有什么關(guān)系”時(shí)，大部分學(xué)生可以自己總結(jié)出正確結(jié)論.因?yàn)樾W(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，兩個(gè)量間的倍數(shù)關(guān)系是教學(xué)重點(diǎn)，與倍數(shù)關(guān)系相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題，絕大多數(shù)學(xué)生會(huì)理解)，那么，教科書(shū)為得出“物體所受的重力根它的質(zhì)量成正比”這一結(jié)論而設(shè)計(jì)的科學(xué)探究過(guò)程顯然是多余的，課本完全可以將此結(jié)論直接告訴學(xué)生，同時(shí)將該探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成測(cè)量物體重力G與其質(zhì)量m比值(即測(cè)量重力加速度g)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)！

參考文獻(xiàn)

1 人民教育出版社，課程教材研究所物理課程教材研究開(kāi)發(fā)中心.物理(八年級(jí)下冊(cè)).北京：人民教育出版社，2012.9～10