《探究求合力的方法》實(shí)驗(yàn)的一點(diǎn)思考お

第第頁《探究求合力的方法》實(shí)驗(yàn)的一點(diǎn)思考お在《探究求合力的方法》實(shí)驗(yàn)中，人教版必修一課本中，先用兩根彈簧測力計(jì)去拉動小圓環(huán)，記下小圓環(huán)靜止時(shí)的O點(diǎn)，記下F1，F(xiàn)2的大小和方向，然后用一根彈簧測力計(jì)去拉，拉到同一O點(diǎn)，然后記下F的大小和方向.由于人教的權(quán)威性，幾乎所有的參考資料都大同小異的采用了先用兩根彈簧測力計(jì)后用一根彈簧測力計(jì)的的做法，其步驟大致如下：

（1）用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上.

（2）用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套（或圓環(huán)），互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.實(shí)驗(yàn)原理如圖1所示.

（3）用鉛筆描下結(jié)點(diǎn)O的位置和兩個(gè)細(xì)繩套的方向，并記錄彈簧測力計(jì)的讀數(shù)，注意在使用彈簧測力計(jì)的時(shí)候，要使它的彈簧與木板平面平行.

（4）用鉛筆和刻度尺從力的作用點(diǎn)（位置O）沿著兩繩套的方向畫直線，按選定的標(biāo)度作這兩只彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線，即為合力F的力示.

（5）只用一個(gè)彈簧測力計(jì)，通過細(xì)繩套把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出F′的圖示.

（6）比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.

（7）改變兩個(gè)力的大小和夾角，多做幾次實(shí)驗(yàn).

為什么先用兩根彈簧測力計(jì)而不是先用一根彈簧測力計(jì)呢？筆者組織學(xué)生對此實(shí)驗(yàn)又進(jìn)行了若干次的對比實(shí)驗(yàn).把學(xué)生分成A，B兩大組，每大組24人分成12小組，即每小組兩人.筆者在講實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)沒有講先用兩根彈簧測力還是先用一根彈簧測力計(jì)，但告訴學(xué)生夾角和力的大小要合適.A組學(xué)生先用兩根彈簧測力計(jì)拉，再用一根彈簧測力計(jì)拉；B組學(xué)生先用一根彈簧測力計(jì)拉，再用兩根彈簧測力計(jì)拉.我特意叮囑學(xué)生讓他們在做實(shí)驗(yàn)中尊重事實(shí)，記錄原始數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有什么問題或困難馬上報(bào)告.

A組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，會時(shí)不會有同學(xué)報(bào)告若先用兩根彈簧測力計(jì)做，后用一根彈簧測力計(jì)拉，會多次出現(xiàn)用一根彈簧測力計(jì)拉到不O點(diǎn)的情況，不得不重新定義O點(diǎn).

為什么會出現(xiàn)這樣情況呢？實(shí)驗(yàn)室所用的彈簧測力計(jì)量程大小5N，從理論上講，比如F1為3.5N，F(xiàn)2為3.8N，其范圍在0.3N～7.3N，理論上就存上超過一根彈簧測力計(jì)量程的情況.因?yàn)槭翘骄啃詫?shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)際在實(shí)驗(yàn)操作過程中，還沒有完整的理論知識，不會也不可能事先進(jìn)行理論計(jì)算，在操作過程中，力的夾角和大小有一定的隨機(jī)性，很容易造成用一根彈簧測力計(jì)拉不到O點(diǎn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不成功.學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不得不得重新定義O點(diǎn)，甚至有時(shí)候要重復(fù)定義好幾次O點(diǎn).在A組12組同學(xué)中有5組出現(xiàn)過這種情況，實(shí)驗(yàn)過程中不成功的概率達(dá)42%，從他們的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)都是用兩個(gè)彈簧測力拉時(shí)力相對較大或夾角相對較小造成.

B組同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中，先用一根彈簧測力計(jì)拉，然后用兩根彈簧測力計(jì)拉，則不會出現(xiàn)A組超過量程的情況.但是很快就有同學(xué)反映了一個(gè)困難，兩次實(shí)驗(yàn)要求拉到同一結(jié)點(diǎn)O，用一根彈簧測力計(jì)比較容易完成，而用兩根彈簧測力計(jì)去拉的時(shí)候，拉到同一結(jié)點(diǎn)O要反復(fù)試好幾才能完成.盡管要試好幾次，但是花費(fèi)一定時(shí)間還是可以完成實(shí)驗(yàn)的.而對比A組同學(xué)，先用兩根彈簧測力計(jì)拉，再用一根彈簧測力計(jì)拉，拉到同一結(jié)點(diǎn)O是很容易完成的.（前提是能夠拉到結(jié)點(diǎn)O）.另有一些同學(xué)會驚喜的發(fā)現(xiàn)，用兩根彈簧測力計(jì)拉到O點(diǎn)時(shí)，會有很多種情況.（根據(jù)力的分解理論我們知道，一個(gè)力的分解有無數(shù)個(gè)解），當(dāng)他們向我欣喜的匯報(bào)這一發(fā)現(xiàn)時(shí)，我對他們進(jìn)行了表揚(yáng)，并讓他們記下實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，以后再進(jìn)行深入分析，暫時(shí)給他們一個(gè)懸念，也為力的分解知識提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).

當(dāng)然，有人會提出，先用一個(gè)彈簧測力計(jì)，再用兩個(gè)彈簧測力計(jì)，這應(yīng)該是力的分解的實(shí)驗(yàn)，而不是合成的實(shí)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，先用一個(gè)彈簧測力計(jì)拉還是兩個(gè)彈簧測力計(jì)拉，只是獲取數(shù)據(jù)的過程，關(guān)鍵要看數(shù)據(jù)怎么處理，只要在處理數(shù)據(jù)時(shí)，把步驟適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，仍然是力的合成實(shí)驗(yàn).參考步驟如下：

（1）用圖釘把一張白紙釘在水平桌面上的木板上.

（2）用一個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住細(xì)繩套（或圓環(huán)），使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)某一位置O.記下O點(diǎn)、彈簧測力計(jì)的讀數(shù)F′和細(xì)繩的方向.注意在使用彈簧測力計(jì)的時(shí)候，要使它的彈簧與木板平面平行.

（3）用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別鉤住兩個(gè)細(xì)繩套（或圓環(huán)），互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點(diǎn)到達(dá)同一位置O點(diǎn)，記下F1，F(xiàn)2的大小和方向.

（4）用鉛筆和刻度尺從力的作用點(diǎn)（位置O）沿著繩套的方向畫直線，按選定的標(biāo)度畫出F′，F(xiàn)1，F(xiàn)2的圖示，利用刻度尺和三角板以F1和F2為鄰邊作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對角線，即為合力F的力示.

（6）比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F，看它們在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.

（7）改變兩個(gè)力的大小和夾角，多做幾次實(shí)驗(yàn).

對比，A組和B組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

A組先用兩根彈簧測力計(jì)拉，再用一根彈簧測力計(jì)拉，會出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)不能完成的情況，并且出現(xiàn)這種情況的概率比較大，這樣會造成力的平形四邊形這一法則