“抵抗彎曲與紙梁的長度關(guān)系”的實驗設(shè)計

千珠哲

小學(xué)六年級第二單有研究“抵抗彎曲”的內(nèi)容，由于多年的教學(xué)經(jīng)驗，感覺同學(xué)們對本節(jié)課的內(nèi)容非常感興趣，所以我用四節(jié)課的時間（兩節(jié)理論課，主要解決理論問題和設(shè)計八步實驗計劃；兩節(jié)實驗課，專門做抗彎曲能力與紙梁的寬度、抗彎曲能力與厚度有關(guān)的實驗）效果相當(dāng)好。同學(xué)們通過認(rèn)真、嚴(yán)密地實施兩個對比實驗，來驗證了抗彎曲能力與紙梁的寬度與厚度有關(guān)的事實。既在紙梁的跨度與的厚度不變的情況下，紙梁越寬，抗彎曲能力越強(qiáng)；紙梁越窄，抗彎曲能力越弱。在紙梁的跨度與寬度不變的情況下，紙梁越厚，抗彎曲能力越強(qiáng)，紙梁越薄，抗彎曲能力越弱。

而學(xué)習(xí)完以上內(nèi)容，并且做完相關(guān)實驗之后，有的同學(xué)就提出了這樣的疑問：老師，紙梁的長度與抗彎曲能力有什么關(guān)系呢？針對這個問題，我首先肯定了同學(xué)們的敢于提出問題、探究問題的精神，并且鼓勵他們設(shè)計實驗計劃，用實驗來探究紙梁的長度與抗彎曲能力之間的關(guān)系。

當(dāng)然，讓同學(xué)們自己設(shè)計實驗計劃，對于全班同學(xué)來說并非易如反掌的事情。因此，我和往常一樣認(rèn)真組織學(xué)生進(jìn)行了討論：這個實驗計劃分幾步進(jìn)行？我們要研究的問題是什么？所需要的材料？等。當(dāng)然關(guān)鍵是設(shè)置改變的條件與不改變的條件。紙梁的寬度統(tǒng)一定為3CM，厚度為一長A4打印紙。在設(shè)置改變的條件時，大多數(shù)同學(xué)說，要分別定為4CM（即一倍寬）、8CM（即二倍寬）、12 CM（即三倍寬）的三張紙。我問他們，假如把它們分別放在跨度分別為4CM、8CM、12CM的兩個橋墩之間，可行嗎？這個時候有個同學(xué)說可能不行，橋面搭不住的。我接著問：將如何解決這個問題？同學(xué)們經(jīng)過一番思索與討論之后達(dá)成共識：橋面應(yīng)該比兩個橋墩的跨度大些才可以搭得住的。最后決定用A4打印紙分別裁剪成3CM×6CM的紙一張、3CM×10CM的紙一張、3CM×14CM的紙一張，再在每張紙的兩邊畫出1CM的線，這樣就做出了跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋面。

于是，我和同學(xué)們一起寫出了紙梁的長度與抗彎曲能力關(guān)系的實驗計劃，并針對這個問題進(jìn)行了實驗研究。寫出的實驗計劃如下：

1.研究的問題：紙梁的長度與抗彎曲能力有關(guān)系嗎？

2.我們的假設(shè)：紙梁的長度與抗彎曲能力有關(guān)系。

3.實驗器材：3CM×6CM紙一張、3CM×10CM紙一張、3CM×14CM紙一張（都是用A4紙剪切的，并且每張紙兩邊都留有1CM的余地），精確的跨度分別為4CM、8CM、12 CM的橋墩，直徑為1.4CM的墊圈若干，跨度分別是4 CM、8CM、12 CM的泡沫塑料板橋墩。（如果是同學(xué)自己剪裁所需要的三種規(guī)格的紙張，還需要一把壁紙刀、一把直尺、一支鉛筆、一個三角尺。）

4.不改變的條件：紙梁的寬度、紙梁的厚度，紙張的質(zhì)地（統(tǒng)一使用A4打印紙）。

5.改變的條件：紙梁的長度（橋梁的跨度）。

6.實驗過程：在跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋墩上分別用3CM×6CM紙一張、3CM×10CM紙一張、3CM×14CM紙一張，分別搭建跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋梁，，然后在橋面上分別放上墊圈（應(yīng)注意，放墊圈要輕輕地放，以免沖擊力的不同而影響實驗結(jié)果），一直把紙梁壓塌為止，認(rèn)真作好記錄，并且每個不同跨度的實驗都要反復(fù)做三次以上，以獲得較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

7.觀察到的現(xiàn)象：跨度為4CM的紙梁能承受大約16個墊圈的重量、跨度為8CM的紙梁能承受大約4個墊圈的重量、跨度為12CM的紙梁只能承受大約2個墊圈的重量。

8.我們的結(jié)論：紙梁的長度與抗彎曲能力有關(guān)系的。在紙梁的寬度與厚度不變的情況下，紙梁越長，抗彎曲能力越弱。反之，越強(qiáng)。

為了實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，我用泡沫塑料板做了跨度分別是4CM、8CM、12CM的橋墩，以免用書本做橋墩帶來的數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。

實驗過后，同學(xué)們異常興奮，因為他們用是自己設(shè)計的實驗解決了他們自己提出的問題。

再此之后，我又對他們提出了這樣的問題：從以上的實驗，結(jié)合以前所學(xué)知識，再聯(lián)系實際，談?wù)勀阆肴绾芜\用今天所學(xué)的知識來解決或者解釋現(xiàn)實當(dāng)中有關(guān)抵抗彎曲方面的問題？比如橋梁。這個時候，有的同學(xué)就說：通過今天的實驗我明白了為什么我見到的我們市里的很多橋梁有那么多橋墩。因為橋墩少了，橋面的跨度相對長了，橋面和橋梁的抵抗彎曲的能力就相對低了很多。所以，我見到的很多橋梁有那么多的橋墩。還有的同學(xué)說：當(dāng)需要建一些跨度很長的橋梁的時候，我們要采取一定的措施（他指著書上的鋼索橋說），比如用鋼索來拉住橋面的方法來解決長度（跨度）太長而帶來的抵抗彎曲能力低的問題。還有的同學(xué)說：如果條件允許，我們可以建一些拱橋來增強(qiáng)橋面的抵抗彎曲的能力。

這樣，不僅把本節(jié)課的問題應(yīng)用到實際當(dāng)中去，而且為下節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

【作者單位：琿春市第一小學(xué)校 吉林】