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1、知其然，更要知其所以然 由两道物理习题引发对弹簧测力计教学的思考湖北省十堰市竹溪县延坝中学（442300） 郭建国摘要：弹力、弹簧测力计三维教学目标中有关弹簧测力计教学的重点是弹簧测力计的工作原理，会正确使用弹簧测力计测量力的大小。教学困惑点是弹簧测力计的示数与作用在挂钩上外力大小的关系，研究方法是对物体进行隔离，分析各个物体受力情况。研究结果是当弹簧测力计处于稳定状态下其示数等于作用在挂钩上外力的大小。关键词：弹簧测力计的示数 稳定状态 等于 外力大小按照新课程标准对弹力、弹簧测力计的教学要求，我采用了实验法、分析归纳法、探究法等教学方法，学生采用了小组合作学习，进行讨论、交流，顺利完成了此
2、课的教学任务。学生理解了弹簧测力计的工作原理：在弹性限度内，弹簧的伸长与所受的拉力成正比。也能正确使用弹簧测力计。当时，对于这堂课的教学我感到很满意。不曾想，在使用新教材配套练习册（注：九年级物理上人教版，湖北长江出版集团，湖北教育出版社）对学生进行训练过程中，两道习题引起了我的思考。（1）在水平放置的轻质弹簧测力计的吊环和挂钩上，各加4N的拉力，两个力方向相反，且在同一直线上，则弹簧测力计的示数为 N.。（2）木块系在弹簧测力计的吊环上，手提挂钩（弹簧测力计竖直倒放），这时测力计的示数为2.5 N.，则木块的真实的重力为（）A、等于2.5 N. B、大于2.5 N.C、小于2.5 N D、无
3、法确定学生在做这两道习题时遇到困难，90%的学生做错了。我将答案告诉学生后，学生表示不能理解与接受，我一时也解释不清答案来历。因此，我对这一课的教学进行认真反思。我发现，教授此课时我忽视了对弹簧测力计进行受力分析这一重要内容，导致学生知其然而不知其所以然。为此，我决定对弹力、弹簧测力计进行再次教学，让学生彻底理解弹簧测力计的工作原理。首先，让学生将钩码系在弹簧测力计A的挂钩上,读出弹簧测力计的示数F1,再将钩码系在吊环上,读出示数F2,学生发现F2F1。学生问:为什么用同种弹簧测力计测同一钩码的重力,结果会不同呢?我再用另一只弹簧测力计B测出A的重力G2,你发现F1、F2、G2之间是什么关系?
4、学生发现:G2=F2-F1;我当时并没有对学生提出的问题作正面的回答。待学完了力学知识后,我和学生一起对弹簧测力计进行受力分析(由于弹簧测力计的外壳与吊环为一个整体，以下将外壳与吊环统称为吊环)，使用弹簧测力计大致有三种情况，分为：（1）当弹簧测力计竖直正放使用时，将钩码系在挂钩上，待指针稳定后（如图甲1所示）。以弹簧测力计的吊环为研究对象（如图甲2所示），吊环受到了三个力作用：吊环的重力G1，弹簧的弹力为F弹。手对弹簧的测力计的吊环有一个拉力F拉，方向竖直向上，当弹簧测力计处于稳定状态时，由二力平衡可知F拉G1+F弹，弹簧的伸长与弹簧的弹力F弹成正比，由于F拉与F弹不成正比，所以弹簧的伸长不
5、与作用在吊环上的力F拉成正比。以弹簧测力计的挂钩为研究对象（如图甲3所示）:挂钩受两个力的作用,即弹簧对挂钩向上的弹力F弹,钩码对挂钩有拉力，且钩码对挂钩的拉力等于钩码的重力G2（弹簧本身的质量较轻,重力可忽略不计),当弹簧测力计处于稳定状态时,由二力平衡可知F弹=G2,弹簧的伸长与作用在挂钩上的力G2成正比。综合（1）可得出：弹簧的伸长量由直接作用在挂钩上的力决定，不是由直接作用在吊环上的拉力决定。 （2）当弹簧测力计竖直倒放使用时，将钩码系在吊环时，待指针稳定后（如图乙1所示）。以弹簧测力计B的挂钩为研究对象（如图乙2所示），挂钩受到了二个力作用：弹簧的测力计A对弹簧的测力计B的挂钩有向上
6、的拉力F拉，弹簧对挂钩向下的弹力F弹，当弹簧测力计处于稳定状态时，由二力平衡可知F拉F弹，说明了弹簧的伸长与直接作用在挂钩上力F拉成正比。以弹簧的测力计B的吊环为研究对象（如图乙3所示）:吊环受三个力的作用,即弹簧对吊环向上的弹力F弹；吊环的重力G1；钩码对吊环的拉力，其大小等于钩码的重力G2(弹簧本身的质量较轻,重力可忽略不计)；当弹簧测力计处于稳定状态时,由二力平衡可知F弹=G1+G2,由于F弹与G2不成正比，说明弹簧的伸长不与直接作用在吊环上的力G2成正比。综合（2）也可得出：弹簧的伸长量由直接作用在挂钩上的力决定，不是由直接作用在吊环上的力决定。（3）当弹簧测力计水平放置，用左手握住吊
7、环，右手拉挂钩（如图丙所示）：以弹簧测力计的吊环为研究对象（如图丙1），吊环受两个力的作用，左手对弹簧秤的吊环有一个水平向左的拉力F1，弹簧对吊环有一个向右的弹力F弹，当弹簧测力计处于稳定状态时，由二力平衡知F弹F1，说明了弹簧的伸长与直接作用在吊环上的力F1成正比。以弹簧测力计的挂钩为研究对象（如图丙2），挂钩受两个力的作用，右手对挂钩有一个水平向右的拉力F2，弹簧对挂钩有一个水平向左的弹力F弹，当弹簧测力计静止不动时，由二力平衡可知，F弹F2，说明了弹簧的伸长与直接作用在挂钩上的力F2成正比。弹簧测力计的重力在竖直方向上，对弹簧的伸长没有任何的影响。就是说，综合（）可得出：当弹簧测力计水平
8、放置，用弹簧测力计测量力的大小时，作用在吊环上的力与作用在挂钩上的力的大小相等，这两个使弹簧发生了形变，使弹簧伸长了，且弹簧的伸长与作用在挂钩上的力或吊环上的力成正比。由（1）、（2）、（3）可知：使用弹簧测力计时，在弹簧的弹性限度内，在任何情况下，当弹簧测力计处于稳定状态时，弹簧的伸长总是与挂钩上的作用力成正比，且弹簧产生的弹力与作用在挂钩上的力是一对平衡力，大小相等。而弹簧产生的弹力与作用在吊环上的力是非平衡力，大小不相等。综合可得：弹簧测力计的示数大小取决于弹簧测力计挂钩所受力的大小，与作用在吊环上的力没有绝对的关系。反过来说，只要我们知道挂钩上的力的大小，就知道弹簧测力计的示数大小了，至此，学生们才恍然大悟。通过讨论，练习册中（1）的答案为4N，（2）题的答案为C。此时，我觉得这才真正完成了弹力、弹簧测力计的教学任务。这次的再教学，是缘于这两道习题对课堂教学的触动。但同时也告诉老师：用教材教，而不是教教材，教师要充分利用课堂生成资源。既要让学生独立思考，学会学习、敢于质疑。当学生遇到解不开的问题时，教师要引导、启发学生敢于运用有关知识解决实际问题，达到知其然，更要知其所以然的目的。学生经过体验和感悟，获得学习的自豪感与愉悦感，能提高学习物理的兴趣。同时，要让学生运用物理知识，去制造一些简单的测量工具如自制温度计、弹簧测力计，这对学生以后发明创造有很大的帮助。
