突破思維定勢解決彈簧測力計的使用誤區(qū)

周雨婷 周新雅

彈簧測力計是中學(xué)物理中常用的測量力的大小的工具.測力計按形狀分可以分為盒式測力計、圓筒測力計、圓盤測力計等.由于盒式測力計的原理簡單、使用方便，在中學(xué)物理教學(xué)中廣泛使用.然而，長期的教學(xué)過程中已經(jīng)暴露出了盒式測力計的諸多使用誤區(qū).

1誤區(qū)一：彈簧測力計的水平使用

滬粵版八年級下冊第六章“探究滑動摩擦力大小”一節(jié)中有一個經(jīng)典的實驗案例.實驗原理是通過控制木塊作勻速直線運動使得拉力與摩擦力平衡，通過盒式彈簧測力計中的示數(shù)顯示判斷摩擦力的大小.盡管實驗做了相應(yīng)的改進(jìn)——把盒式彈簧測力計的動態(tài)測量轉(zhuǎn)化為靜態(tài)測量，仍然不能避免其指針與外殼之間的摩擦.由此可見，盒式（或圓筒）測力計并不十分適合水平使用.

解決方案

采用力的傳感器.傳感器是數(shù)字化信息技術(shù)（DIS）中的一部分.其中傳感器起到收集數(shù)據(jù)的作用，收集的數(shù)據(jù)通過計算機(jī)進(jìn)行處理后經(jīng)多媒體展示.改進(jìn)后的實驗采用固定傳感器，拖動底下的接觸面的方式.實驗裝置如圖1所示.

此裝置不僅能夠解決盒式測力計的摩擦問題還能夠反映靜摩擦到滑動摩擦的變化過程.開始用較小的力拖動接觸面，沒拖動，傳感器中反映出來的是靜摩擦的大小.再逐漸增大拖動的力，直到被拖動過程中，觀察圖像可以發(fā)現(xiàn)兩個重要結(jié)論：靜摩擦力隨外力增大；滑動摩擦力會略小于最大靜摩擦力.

2誤區(qū)二：彈簧測力計的倒置使用

滬粵版物理八年級下冊第六章“探究滑輪作用”一節(jié)中的活動2探究定滑輪的特點中倒掛使用盒式彈簧測力計.蘇科版物理九年級上冊第十一章“簡單機(jī)械和功”也兩次出現(xiàn)了盒式彈簧測力計的倒置使用.倒置使用會出現(xiàn)彈簧測力計顯示示數(shù)與鉤碼總重有偏差的現(xiàn)象.出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是彈簧倒置使用沒有調(diào)零.盒式的倒置調(diào)零問題要分兩種情形：情形一既可以拉伸有可壓縮的彈簧測力計可以倒置調(diào)零；情形二普通彈簧測力計用互掛的方式調(diào)零.但是不管如何調(diào)零，“倒置使用”始終違背了盒式彈簧測力計的“正確使用方式”.

解決方案

換用圓盤測力計.圓盤測力計的中心由齒輪和齒條咬合兩邊由兩個彈簧扯住兩頭，如圖2所示.

這樣的結(jié)構(gòu)使得圓盤測力計不僅可以測拉力的大小而且可以測壓力的大小.同時圓盤測力計彌補(bǔ)了彈簧測力計在使用上的不足，它可以在各個方向使用.

3誤區(qū)三：彈簧測力計的傾斜使用

人教版高中物理必修一的3.4中的實驗“探究求合力的方法”中，首先用兩個盒式測力計分別向兩邊斜向下拉皮筋，再換用一個盒式測力計向下拉到同樣的位置.由于之前兩個力的作用效果和后面一個力的作用效果相同，可以認(rèn)為前面兩個力的合力就是后面那一個力，如圖3所示.這種方法需要傾斜方向調(diào)零，同時實驗過程中摩擦不可避免.同樣我們可以嘗試不同的解決方案.

解決方案

以下收集兩種解決方案：方案一換用圓盤測力計.按照之前的思路，圓盤測力計在任意方向上使用，即可以嘗試用圓盤測力計代替彈簧測力計，如圖4所示.這種方法還可以驗證三角形定則，或演示一些“三角架平衡”的合成分解實例.方案2現(xiàn)在已經(jīng)有制作好的DISLab力的合成分解實驗器，如圖5所示，可以直接使用，操作簡便.只是在教學(xué)中為了便于學(xué)生清楚認(rèn)識實驗原理，掌握實驗方法，這種方法并不提倡使用.

如今盒式測力計在物理實驗中的使用很是廣泛.不僅是由于其結(jié)構(gòu)簡單，更重要的原因在于思維定勢使得大家只要測力便想到盒式測力計.測力的工具千千萬萬，何不突破思維嘗試找到最合適的工具解決物理教學(xué)中的難題.