淺談電子秤在物理教學(xué)中的應(yīng)用

(南京市溧水區(qū)第二高級中學(xué)，江蘇 南京 211200)

電子秤在生活中隨處可見，它可以直接顯示物體的質(zhì)量，具有“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動”稱量的特點(diǎn).在課堂教學(xué)中，我們可以借助于電子秤，讓“看不見”可以“看得見”，利用直觀的形象，激發(fā)有效的聯(lián)想，喚醒記憶中的有關(guān)知識、經(jīng)驗(yàn)或表象，從而使原有的知識和經(jīng)驗(yàn)去“同化”、“順應(yīng)”當(dāng)時(shí)所學(xué)的新知識，從而達(dá)到對新知識有意義的建構(gòu)，提高教學(xué)質(zhì)量.

1 演示力的作用效果

將一個(gè)已知力進(jìn)行分解，在沒有條件約束時(shí)可以有無數(shù)組分解方式.一個(gè)已知力究竟應(yīng)該怎樣分解，要根據(jù)力的作用效果進(jìn)行分解，而力的作用效果往往又不容易直接觀察到.對一節(jié)新授課來說，如何讓學(xué)生找到力的作用效果是本節(jié)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn).在下面的這個(gè)實(shí)例當(dāng)中，利用電子秤間接顯示力的作用效果，即示數(shù)越大，壓力越大，支持力越大，可直接使“看不見”變?yōu)椤翱吹靡姟?

如圖所示，靜止的物體受到斜向上的拉力，從力的作用效果看，應(yīng)該怎樣將拉力如何分解？兩個(gè)分力的大小多大？

實(shí)驗(yàn)演示一

圖1

教師：當(dāng)用彈簧秤豎直向上拉物塊時(shí)(物塊仍然靜止)(如圖1所示)，請同學(xué)們觀察電子秤的示數(shù)如何變化？

學(xué)生：示數(shù)變小.

教師：引起這種變化的原因是什么？

學(xué)生：因?yàn)榱有一個(gè)向上提的效果，減小了物塊與電子秤之間的擠壓，從而使得示數(shù)減小.

實(shí)驗(yàn)演示二

圖2

教師：當(dāng)用彈簧秤斜向上拉物塊時(shí)(物塊仍然靜止)(如圖2所示)，請同學(xué)們猜想電子秤的示數(shù)如何變化？

學(xué)生：示數(shù)變小

教師：為什么？

學(xué)生：力F有一個(gè)向上拉物體的效果.

觀察實(shí)驗(yàn)，示數(shù)的確減小.

當(dāng)力增大到某個(gè)值時(shí)，物塊開始向右運(yùn)動.

學(xué)生：這說明物塊在力F的作用下有向右的運(yùn)動的趨勢.

借助于電子秤，學(xué)生很容易找到力F的兩個(gè)作用效果，順利突破本節(jié)課的重難點(diǎn).

2 比較FN與G的大小關(guān)系

在計(jì)算滑動摩擦力大小時(shí)，尤其在高一階段，不管在什么條件下，學(xué)生總是認(rèn)為FN=mg，習(xí)慣用f=μFN=μmg，盡管在平時(shí)的教學(xué)中我們也會重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)兩者沒有必然的聯(lián)系，但收效甚微.如何有效的利用這一生成性的教學(xué)資源，筆者不斷地反思自己的教學(xué)行為，在以往重理論分析的基礎(chǔ)上，立足于“學(xué)生最近發(fā)展區(qū)”，先通過演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)建直觀的物理情景，激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，建立感性認(rèn)識，再理論推導(dǎo).

教師：FN與G一定相等嗎？請同學(xué)們看下面的演示實(shí)驗(yàn)并回答下列問題.

演示實(shí)驗(yàn)：觀察下列情景中電子秤的示數(shù)，比較FN與G的大小關(guān)系.

演示一：把一物塊靜止地放在電子秤上(圖3).

學(xué)生回答：FN=G.

演示二：用細(xì)繩豎直向上提物塊，物塊仍靜止(圖4).

圖3

圖4

學(xué)生回答：FN

圖5

演示三：用細(xì)繩斜向上拉動物塊(圖5).

學(xué)生回答：FN

教師：為什么呢？

學(xué)生回答：力F對物塊有向上提的作用效果，減小了物塊對電子秤的壓力.

教師：利用該裝置還可以怎么驗(yàn)證FN與G的大小關(guān)系？

學(xué)生：用手斜向下壓物塊(圖6)，F(xiàn)N>G.

學(xué)生：還可以把電子秤傾斜擺放(圖7)，此時(shí)FN

信息的提取依賴于具體情景，在學(xué)生原有

的認(rèn)知水平上(FN=mg)，利用學(xué)生的前概念資源，通過上述的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生自己設(shè)計(jì)的情景，借助于電子秤將看不見的力FN通過數(shù)字形式顯示，學(xué)生由原來認(rèn)為FN與G大小一定相等，發(fā)展到兩者大小關(guān)系可以是大于、等于或小于，有效地糾正了錯(cuò)誤的認(rèn)識.

圖6

圖7

3 研究超重和失重

人教版教材在研究超重和失重問題時(shí)，直接從理論推導(dǎo)得出超失重的定義：當(dāng)物體對支持物的壓力大于物體的重力時(shí)，超重；當(dāng)物體對支持物的壓力小于物體的重力時(shí)，失重；但事實(shí)證明，學(xué)生在應(yīng)用超失重解決具體的問題時(shí)，很容易出錯(cuò).因此，借助電子秤筆者設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)一：學(xué)生由靜止開始迅速地下蹲或站起，觀察電子秤的示數(shù)變化.

實(shí)驗(yàn)二：把電子秤搬到電梯內(nèi)，學(xué)生站在電子秤上，觀察電梯由靜止開始上升或下降到再次停下來過程中電子秤示數(shù)的變化，記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并拍攝整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，完成下列的表格.

運(yùn)動的方向上升下降運(yùn)動性質(zhì)加速上升勻速上升減速上升加速下降勻速下降減速下降電子秤的示數(shù)大于G等于G小于G小于G等于G大于G超重或失重超重失重失重超重加速度方向向上向下向下向上

通過實(shí)驗(yàn)一，學(xué)生可以直接體驗(yàn)超重和失重，建立超失重的基本認(rèn)知，為進(jìn)一步研究判斷超失重的方法做鋪墊.

通過觀察并記錄電子秤顯示的數(shù)值，學(xué)生很容易觀察到何時(shí)失重或超重，分析表格總結(jié)出判斷超失重的方法：當(dāng)加速度的方向向上時(shí)，物體超重，當(dāng)加速度方向向下時(shí)，物體失重，且與速度的方向無關(guān).再結(jié)合教材中的理論推導(dǎo)，進(jìn)一步加深對超失重的理解，事半功倍.

4 演示氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理

圖8

在人教版高中物理教材中“有關(guān)氣體壓強(qiáng)的微觀意義”，用“雨滴打傘”來類比氣體分子碰撞容器壁(如圖8所示)，表述簡單明了.氣體對容器的壓強(qiáng)是大量分子對容器壁的碰撞引起的，這就像下雨時(shí)，一滴雨對傘的沖力是短暫的，但如果有大量密集的雨滴持續(xù)的打到傘上，將產(chǎn)生持續(xù)的、穩(wěn)定的壓力.

圖9

為了進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對“氣體對容器的壓強(qiáng)是大量氣體分子對容器的碰撞引起的”理解，教材中還設(shè)計(jì)了“杯子倒鋼球，鋼球下落擊打電子秤托盤的演示實(shí)驗(yàn)”來模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理(如圖9所示)，并定性分析影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)微觀因素.

演示一：把裝有小鋼球的杯子拿到電子秤上方約10cm位置，把1個(gè)鋼球倒放在秤盤上，觀察電子秤的示數(shù).

演示二：再從相同的高度把100個(gè)或更多的鋼球連續(xù)地倒在秤盤上，觀察電子秤的示數(shù).

演示三：把這些鋼球從更高的位置落在秤盤上，觀察電子秤的示數(shù).

在學(xué)生已有的“雨滴打傘”的生活體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行類比：把氣體分子看成一個(gè)個(gè)小鋼球，把氣體分子撞擊容器壁類比于小鋼球撞擊電子秤的托盤.示數(shù)越大，則撞擊力越大，壓強(qiáng)越大；示數(shù)越小，則撞擊力越小，壓強(qiáng)越小.

通過控制變量法，對電子秤在不同條件下的示數(shù)進(jìn)行比較分析，學(xué)生可以定性分析“影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)微觀因素”：在相同高度下改變單位時(shí)間內(nèi)杯子倒鋼球的個(gè)數(shù)，單位時(shí)間內(nèi)落到托盤上鋼球的個(gè)數(shù)越多，電子秤示數(shù)越大，即壓強(qiáng)越大；在保證單位時(shí)間內(nèi)杯子倒鋼球的個(gè)數(shù)一定的前提下，通過改變杯子高度，達(dá)到調(diào)節(jié)鋼球撞擊秤盤時(shí)的動能，得出高度越高，動能越大，電子秤的示數(shù)越大，即壓強(qiáng)越大.從而可以順利得出影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)微觀因素為氣體分子的平均動能和密集程度.正是借助于電子秤，教材對于壓強(qiáng)的微觀解釋形象生動，淺顯易懂.

在以上實(shí)驗(yàn)中教師根據(jù)教學(xué)的目的和要求，從教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合學(xué)生身心發(fā)展的特點(diǎn)，借助于電子秤進(jìn)行直觀教學(xué)，貫徹“從生動的直觀，到抽象的思維”的認(rèn)知規(guī)律，不僅有利于促進(jìn)學(xué)生理性思維的發(fā)展，對提高教學(xué)質(zhì)量也有重要的作用.

參考文獻(xiàn)：

[1]田世昆，胡衛(wèi)平.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]張韶朗.“氣體分子單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞次數(shù)”問題探討[J].物理教師，2013，(1).