教材課后題“舊彈簧測力計”引發(fā)的思考

湖北省武漢市光谷第二初級中學(xué)(430074) 黃 坤湖北省武漢市東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)龍泉中學(xué)(430204) 王 勇

1 問題的提出

在人教版物理教材8年級(下冊)第8頁課后“動手動腦學(xué)物理”作業(yè)的第3題：試分析一個舊彈簧測力計不能準(zhǔn)確測量的原因。針對這一問題，筆者提出是不是“舊彈簧測力計”一定就不能準(zhǔn)確測量呢？為什么“舊彈簧測力計”會測量不準(zhǔn)確呢？

同時，在義務(wù)教育教科書《教師教學(xué)用書(物理)》中關(guān)于這一問題的解答是：舊彈簧使用時間長，已經(jīng)失去彈性，不再滿足“在彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量就越長”這一條件，因此無法準(zhǔn)確測量。教參上給出的解答與教材中的問題并非對應(yīng)，換言之就是“答非所問”，這是筆者提出的第二點。

2 “舊彈簧測力計”的辨析

對于“舊彈簧測力計”的理解，從學(xué)生的實際情況出發(fā)，由于是剛剛學(xué)習(xí)和接觸彈簧測力計，最直接的感受就是使用舊了的彈簧測力計，比如說彈簧測力計外殼生銹了、彈簧測力計的彈簧生銹了、使用久了之后彈簧不能恢復(fù)到原來的形狀(包括部分彈簧)等。教學(xué)過程中，教材中設(shè)計了實驗環(huán)節(jié)，練習(xí)使用彈簧測力計，觀察彈簧測力計的量程、分度值，檢查指針應(yīng)該調(diào)節(jié)到零刻度線。基于以上知識學(xué)習(xí)和操作要求，我們分別來分析這樣的“舊彈簧測力計”是如何使用的。

以初中實驗室常見的條形盒測力計為例，主要由圓環(huán)、彈簧、指針、刻度盤、拉桿和掛鉤等構(gòu)成。在長期的存放過程中，由于保存不當(dāng)，使得彈簧測力計發(fā)生部分氧化，這里我們需要說清楚具體的實際情況：①如果是圓環(huán)、外殼或刻度盤外側(cè)部分發(fā)生了氧化，形成了鐵銹，那么在正常的豎立測向上拉力過程中，我們按照規(guī)范的使用方法進(jìn)行測量，應(yīng)該是可以得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果；②若彈簧發(fā)生了氧化，形成了鐵銹，使得原來彈簧的有效部分變細(xì)了，彈簧的勁度系數(shù)k變小，換言之就是原來正常使用時測得1 N的拉力，現(xiàn)在用生銹的彈簧測力計來測1 N的拉力時，由胡克定律F=kx可知，彈簧的伸長量x變大，會使得測量拉力的數(shù)值偏大，從而造成測量結(jié)果不準(zhǔn)確；③若指針和刻度盤之間存在銹漬，使得它們之間的摩擦力增大，這樣測量向上拉力時，有F示數(shù)+f摩=F拉，使得讀出彈簧測力計的示數(shù)F示數(shù)較實際F拉會偏??；④還有一種情形就是長期使用，所測的拉力超過彈簧測力計的彈性限度，導(dǎo)致彈簧老化使其彈性可能成了非線性的變化，通過校準(zhǔn)檢查可以使用的則可以準(zhǔn)確測量，如果校準(zhǔn)不過來就只能報廢，否則就會使得測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

3 教師用書的參考答案

通過以上對教材提出的“舊彈簧測力計”的辨析可知，教師用書的參考答案中將“舊彈簧測力計”直接指定為“舊彈簧”，進(jìn)一步強調(diào)是“已經(jīng)失去彈性”，鑒于初中學(xué)生認(rèn)知特點，所謂“失去彈性”在他們的理解就是彈簧被拉直了，不再是螺旋狀，但是在實驗室所見到的彈簧測力計，還沒有發(fā)現(xiàn)彈簧被拉成直線狀，同時我們也可想象得到，一旦彈簧測力計的彈簧被人為地拉成直線狀，此時彈簧測力計的指針就已經(jīng)直接接觸到刻度盤的最大值，無法調(diào)零了，更談不上使用該彈簧測力計了。若使用的條形盒彈簧測力計出現(xiàn)部分彈簧不能緊密接觸，撤去外力后，彈簧無法恢復(fù)到第一次使用前的長度，即不再是彈性形變，即不遵循彈性形變的規(guī)律，而彈簧測力計之所以能用來測量拉力的大小，前提條件就是其內(nèi)部的彈簧還遵循彈性形變的規(guī)律，否則就不能準(zhǔn)確測量了。

中華人民共和國教育部制定的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》要求，通過常見事例或?qū)嶒?，了解彈力和用彈簧測力計測量力，正是基于以上內(nèi)容的表述，初中物理教材中沒有關(guān)于胡克定律的表述。人教版物理教科書中表述這一關(guān)系只是定性的敘述“在彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量就越長”，彈簧測力計的工作原理的表述也沒有特別強調(diào)誰和誰成正比關(guān)系。在教師用書中對于這道問題也特別的給出了說明：在彈性限度內(nèi)這一條件，是應(yīng)用彈簧測量力的大小的前提，此題旨在考查學(xué)生對物理規(guī)律適用范圍的認(rèn)識。筆者認(rèn)為，參考答案的考查是非常明晰的，但是教材問題中的“舊彈簧測力計”如何與“彈性限度內(nèi)”進(jìn)行對應(yīng)，這對于初步掌握彈簧測力計知識的學(xué)生來說有些困難，甚至說學(xué)生都沒有見過所謂的“舊彈簧測力計”，他們又怎樣能夠去理解“彈性限度內(nèi)”這個抽象的概念呢？那么，我們在教材中設(shè)計這個問題的時候，是否可以考慮到學(xué)生實際情況來設(shè)計問題？

4 教材問題的改進(jìn)建議

基于以上分析，筆者認(rèn)為教材的問題需更具體，更具有指向性。因此，可設(shè)計為如下問題：甲、乙是2個同一批出廠的彈簧測力計，其中甲彈簧測力計的彈簧仍正常，而乙彈簧測力計的彈簧已經(jīng)“變形”，有同學(xué)說將乙彈簧測力計的刻度盤調(diào)零后仍可準(zhǔn)確測出拉力大小，請問這一說法對嗎，為什么？

參考答案：不對，乙彈簧測力計的彈簧已經(jīng)失去彈性，不再滿足“在彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量就越長”,因此無法準(zhǔn)確測量。