用橡皮筋制簡(jiǎn)易測(cè)力計(jì)的探究活動(dòng)

1、用橡皮筋制簡(jiǎn)易測(cè)力計(jì)的探究活動(dòng)摘要：用橡皮筋制作的測(cè)力計(jì)，其測(cè)量結(jié)果和真實(shí)值出入很大，給同學(xué)們?cè)谖锢韮x器的制作和使用過(guò)程中帶來(lái)了困惑。通過(guò)探究活動(dòng)，找出原因，對(duì)胡克定律有更加深入的理解，同時(shí)體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程、樹(shù)立科學(xué)態(tài)度和提高科學(xué)研究的興趣。關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；橡皮筋；測(cè)力計(jì)；胡克定律在初中物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，測(cè)力計(jì)使用很廣泛。為了讓學(xué)生參與學(xué)習(xí)的過(guò)程、培養(yǎng)動(dòng)手、動(dòng)腦的習(xí)慣，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生能力的目的，在初中物理教科書中提出，讓學(xué)生自制簡(jiǎn)易橡皮筋測(cè)力計(jì)。橡皮筋是很易取的材料，制作過(guò)程也不是很難，完全可以在現(xiàn)有的條件下制作完成，可是在制作的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題卻并不簡(jiǎn)單，有必要認(rèn)真探究一下。一、提出問(wèn)題及

2、猜想初中物理課本上關(guān)于力的章節(jié)中介紹了彈簧測(cè)力計(jì)的原理是：彈簧的伸長(zhǎng)與所受的外力成正比，據(jù)這樣的描述，橡皮筋也具有類似的性質(zhì)，由此推出：能否用生活中常見(jiàn)的橡皮筋來(lái)制作測(cè)力計(jì)呢？甲：不能，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室里沒(méi)有用橡皮筋制成的測(cè)力計(jì)。乙：可以，彈簧的伸長(zhǎng)和所受的外力成正比，橡皮筋也有這樣的特性。丙：橡皮筋的伸長(zhǎng)和所受的拉力可能不是成正比的關(guān)系。二'制訂計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)據(jù)前面的討論，這次探究活動(dòng)不僅僅是制作一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)力計(jì)，而同時(shí)要考慮以下的幾個(gè)問(wèn)題：分析橡皮筋的特性；做成的測(cè)力計(jì)如何刻上刻度，它的刻度是不是均勻的等。同學(xué)們選出本實(shí)驗(yàn)所需的器材：木板、橡皮筋、直尺、鉤碼和輔助分析的工具計(jì)算機(jī)。橡皮筋

3、在自然狀態(tài)下，是沒(méi)有完全伸直的，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)給橡皮筋掛一初始重物，以達(dá)到伸直的目的，但是不要把橡皮筋拉長(zhǎng)了，因此在配重時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的橡皮筋選取相應(yīng)的重物。所需要測(cè)量的數(shù)據(jù)項(xiàng)有：外力F,橡皮筋伸長(zhǎng)量L,本實(shí)驗(yàn)做三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)，制作出如下表頭樣式：次數(shù)、外力(F/NX0.0098)、橡皮筋1(L/cm)、橡皮筋2(L/cm)、橡皮筋3(L/cm)o三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)在這個(gè)環(huán)節(jié)中能檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)和基本技能的掌握與運(yùn)用，能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和信息收集能力，應(yīng)放手讓學(xué)生去操作、觀察、體驗(yàn)、思考。通過(guò)測(cè)量，選取其中三組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)次數(shù)20次，力從零開(kāi)始，以50克增量遞增到450,再減少到零。

4、對(duì)應(yīng)橡皮筋長(zhǎng)度為(單位CM)。L1：3.50,4.10,4.35,4.90,5.75,6.95,8.05,9.25,10.20,11.20,10.90,10.30,9.50,8.30,6.90,5.85,5.00,4.30,3.7。L2:3.80,4.30,4.80,5.4,6.35,7.60,8.80,10.00,12.00,12.00,11.70,11.00,10.20,8.90,7.20,6.10,5.20,4.50,4.10。L3:4.10,4.40,4.95,5.70,6.90,8.20,9.50,10.70,11.70,12.90,12.90,12.50,12.10,10.90,9

5、.40,7.90,6.50,6.35,4.65,420。四、分析與論證在本實(shí)驗(yàn)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，借助計(jì)算機(jī)會(huì)更加方便。本圖是利用EXCEL的圖表功能“XY散點(diǎn)圖”自動(dòng)得出的橡皮筋的伸長(zhǎng)和所受外力的關(guān)系圖。由圖41可以看出：（1）雖然橡皮筋所受外力越大，伸長(zhǎng)越長(zhǎng)，但從圖形上可以看出它不是一條直線,說(shuō)明這兩者不是線性關(guān)系；（2）同一根橡皮筋受到相同的外力，在增加和減小的情況下,橡皮筋的伸長(zhǎng)和縮短是不一樣的；（3）同一根橡皮筋在幾次實(shí)驗(yàn)中，即使受到的外力相同，但是其長(zhǎng)度卻越來(lái)越長(zhǎng)。那么橡皮筋為什么有這樣的性質(zhì)呢？通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)的資料發(fā)現(xiàn)：如果將X在某一變化范圍內(nèi)變化一個(gè)周期，由丫對(duì)x作圖得到

6、一個(gè)封閉的曲線，這個(gè)曲線稱為滯后回線，許多材料都存在滯后現(xiàn)象，看上面的圖力F和橡皮筋的伸長(zhǎng)L就構(gòu)成了一個(gè)封閉的曲線，很明顯橡皮筋有明顯的滯后現(xiàn)象，同樣一個(gè)外力對(duì)應(yīng)著兩個(gè)橡皮筋的伸長(zhǎng)值。說(shuō)明橡皮筋所受的外力和伸長(zhǎng)量不是線性關(guān)系，橡皮筋并不完全遵從胡克定律，用橡皮筋做測(cè)力計(jì)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是不正確的。五、交流與總結(jié)由以上幾步工作總結(jié)出：（1）橡皮筋的伸長(zhǎng)和所受的外力不是線性關(guān)系，所以制成的測(cè)力計(jì)的刻度是不均勻的，必須按實(shí)際的測(cè)量來(lái)對(duì)應(yīng)畫刻度線。（2）橡皮筋的伸長(zhǎng)和縮短的過(guò)程是有遲滯現(xiàn)象的，既使用實(shí)際的測(cè)量來(lái)畫刻度線，在以后的測(cè)量中得出的測(cè)量值也不是很準(zhǔn)確的。3.當(dāng)橡皮筋所受外力達(dá)到一定值時(shí)，外力等量增加而橡皮筋的伸長(zhǎng)卻越來(lái)越短。4,橡皮筋在拉伸的過(guò)程中發(fā)生了不可恢復(fù)的變化，即第一次和第二次拉伸時(shí)力與伸長(zhǎng)量成不同的關(guān)系，由胡克定律F=kx可知，對(duì)于橡皮筋其k值不是個(gè)常數(shù)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生體驗(yàn)了制作過(guò)程，也更加理解了測(cè)力