圓盤式測(cè)力計(jì)的充分合理使用

周新雅 張鐘文 周行

摘 要：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，除了合理使用常用的彈簧測(cè)力計(jì)之外，還要再提出圓盤測(cè)力計(jì)的功能和用途，并努力在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和教學(xué)中適時(shí)、合理地應(yīng)用它。

關(guān)鍵詞：圓盤測(cè)力計(jì)；彈簧測(cè)力計(jì)；核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）2-0054-2

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》強(qiáng)調(diào)物理學(xué)科是基于觀察與實(shí)驗(yàn)的自然學(xué)科領(lǐng)域中的一門基礎(chǔ)學(xué)科，重視觀察與實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)至關(guān)重要。因此，實(shí)驗(yàn)儀器的合理選擇和規(guī)范使用對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成是十分重要的。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于在中學(xué)物理教學(xué)中測(cè)量力的工具常常使用平板式測(cè)力計(jì)、條形盒式測(cè)力計(jì)、圓筒測(cè)力計(jì)，而很少用圓盤測(cè)力計(jì)（圖1）。因此，對(duì)圓盤測(cè)力計(jì)作一些介紹和宣傳，喚醒仍處在“沉睡”中的測(cè)力計(jì)就顯得尤為必要。

1 常用彈簧測(cè)力計(jì)

圓筒彈簧測(cè)力計(jì)、盒式彈簧測(cè)力計(jì)等幾種彈簧測(cè)力計(jì)是當(dāng)前初、高中物理教材里常常能見(jiàn)到的使用得最多的測(cè)力計(jì)，由于其原理簡(jiǎn)單，操作方便，所以被廣大師生普遍使用，然而嚴(yán)格來(lái)說(shuō)它們并不適合隨處使用。通常它們比較適合在豎直方向上調(diào)零，進(jìn)而測(cè)量這一方向上的重力、向下的拉力大小，而在其他方向上使用時(shí)難免遇到一些令人糾結(jié)的問(wèn)題。主要有以下幾個(gè)方面：

1.在水平方向、斜向使用時(shí)指針及彈簧與外殼之間的摩擦問(wèn)題；

2.除在豎直方向上使用時(shí)方便調(diào)零外，在其他方向（水平、傾斜和倒置）上使用時(shí)的調(diào)零是它的一大硬傷。當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)在水平方向擺放時(shí)，由于其自身重力的作用，秤鉤和彈簧原本就做不到在水平方向呈一條直線地自由伸展，難以進(jìn)行調(diào)零。

令人欣慰的是，常用圓筒彈簧測(cè)力計(jì)、條形盒式彈簧測(cè)力計(jì)等幾種彈簧測(cè)力計(jì)的這些劣勢(shì)恰恰是下面將要推薦使用的圓盤測(cè)力計(jì)的優(yōu)勢(shì)。

采用圓盤測(cè)力計(jì)，上述“問(wèn)題”終于迎刃而解了。像這類的實(shí)驗(yàn)還有很多，如果使用圓盤測(cè)力計(jì)的話，將會(huì)起到很好的實(shí)驗(yàn)效果。在國(guó)外的中學(xué)物理教學(xué)中圓盤測(cè)力計(jì)被大量使用，例如，大家可以去網(wǎng)上搜一搜“Lesson 3-Newtons Second Law of Motion-Demonstrations in Physics”不難發(fā)現(xiàn)，國(guó)外一些人連重力的測(cè)量都是使用圓盤測(cè)力計(jì)的。而我們的老師往往在遇到測(cè)量力的大小問(wèn)題時(shí)就像條件反射一樣只會(huì)想到條形盒式彈簧測(cè)力計(jì)、圓筒式測(cè)力計(jì)。作為一名中學(xué)物理教師，應(yīng)該要知道有這么一種實(shí)驗(yàn)儀器，并且能夠靈活地選擇合適的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)用具。

2 圓盤測(cè)力計(jì)

圓盤測(cè)力計(jì)其實(shí)也是彈簧測(cè)力計(jì)的一種，它的原理也是胡克定律。只是它在設(shè)計(jì)上更加巧妙，使其在使用時(shí)功能更優(yōu)于圓筒、條形盒式等彈性測(cè)力計(jì)。圓盤測(cè)力計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖2所示[1]，在教學(xué)上的應(yīng)用如下。

2.1 圓盤測(cè)力計(jì)用指針偏轉(zhuǎn)角度大小顯示力的大小和方向

圓盤測(cè)力計(jì)上的示數(shù)不再以彈簧伸長(zhǎng)的多少來(lái)表示，而是轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)角度大小來(lái)反映。圓盤測(cè)力計(jì)的大圓刻度盤和長(zhǎng)指針可以有效增大可見(jiàn)度和直觀性。原本只能在單向（豎直方向）拉伸使用前面提到的彈簧測(cè)力計(jì)，現(xiàn)在改用圓盤測(cè)力計(jì)就可以靈活地應(yīng)用于水平、斜向、反向上來(lái)測(cè)各個(gè)方向的力。在一些新穎的教學(xué)設(shè)計(jì)和教具制作比賽中，圓盤測(cè)力計(jì)是十分受歡迎的。

例1 在斜面上物體重力的分解這一探究問(wèn)題上，教師可以借用圓盤測(cè)力計(jì)自制力的分解實(shí)驗(yàn)儀（如圖3所示），用圓盤測(cè)力計(jì)同時(shí)顯示力的大小和拉力、壓力的方向。

同時(shí)顯示力的大小和拉力、壓力的方向

2.2 突破測(cè)力單向性問(wèn)題

圓盤測(cè)力計(jì)的中心由齒輪和齒條咬合兩邊，由兩個(gè)彈簧拉住兩頭，使其既可以測(cè)拉力，也可以測(cè)壓力，有效突破單向測(cè)力問(wèn)題。

例2 在探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，就可以利用圓盤測(cè)力計(jì)不僅可以測(cè)量拉伸的力還可以測(cè)量壓縮的力的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，還可以用圓盤測(cè)力計(jì)和橡皮泥來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。

如圖4所示是用圓盤測(cè)力計(jì)對(duì)橡皮泥施壓，壓力的大小從圓盤充分動(dòng)態(tài)顯現(xiàn)，在橡皮泥上留下的痕跡無(wú)聲地說(shuō)明了它曾經(jīng)的被壓經(jīng)歷，壓力的作用效果得以有效保留，便于進(jìn)一步對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)效果出奇得好。僅就這一點(diǎn)是圓筒彈簧測(cè)力計(jì)、盒式彈簧測(cè)力計(jì)所望塵莫及的。

以上是對(duì)圓盤測(cè)力計(jì)結(jié)構(gòu)功能的分析和相關(guān)的教學(xué)應(yīng)用舉例，由此可以看出圓盤測(cè)力計(jì)真的可以給物理教學(xué)帶來(lái)極大的便利和無(wú)可挑剔的測(cè)力過(guò)程。

3 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)如今平板式演示測(cè)力計(jì)、條形盒式測(cè)力計(jì)、圓筒測(cè)力計(jì)在物理教學(xué)中的使用已經(jīng)相當(dāng)普遍，不僅是由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，更大一部分原因可能還是由于思維定勢(shì)使得大家只要是測(cè)量力便會(huì)首先想到使用這些測(cè)力計(jì)。

估計(jì)許多學(xué)校早就有這類測(cè)力計(jì)，它一直被塵封在實(shí)驗(yàn)室的某個(gè)角落里，是時(shí)候把它翻出來(lái)發(fā)揮其應(yīng)有的作用了。打開(kāi)視野大膽地接受新知，就不會(huì)存在一些教師想不到使用它？甚至一些在一線教了很多年物理的教師連圓盤測(cè)力計(jì)都沒(méi)有見(jiàn)過(guò)，更別說(shuō)會(huì)用它們了。這種狀況應(yīng)該改變。

測(cè)量力的工具有多種多樣，需要教師們突破定勢(shì)思維，充分發(fā)揮各種測(cè)力計(jì)應(yīng)有的作用，用最合適的測(cè)力工具去解決實(shí)際教學(xué)中的最適合解決的問(wèn)題。特別應(yīng)該重視圓盤測(cè)力計(jì)的使用，不要讓這么一件寶貝長(zhǎng)期躺在儀器堆里“不見(jiàn)天日”。如果能夠因時(shí)因地選擇使用它，將會(huì)使測(cè)量力的工具的使用更加趨于合理，一些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更為科學(xué)有效，更加有利于廣大師生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

參考文獻(xiàn)：

[1]周雨婷，周新雅.突破思維定勢(shì)解決彈簧測(cè)力計(jì)的使用誤區(qū)[J].中學(xué)物理，2016，34（12）：20-21.

（欄目編輯 王柏廬）