《探究求合力的方法》實驗的一點思考お

第第頁《探究求合力的方法》實驗的一點思考お在《探究求合力的方法》實驗中，人教版必修一課本中，先用兩根彈簧測力計去拉動小圓環(huán)，記下小圓環(huán)靜止時的O點，記下F1，F(xiàn)2的大小和方向，然后用一根彈簧測力計去拉，拉到同一O點，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后用一根彈簧測力計的的做法，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）用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套（或圓環(huán)），互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.實驗原理如圖1所示.

（3）用鉛筆描下結(jié)點O的位置和兩個細繩套的方向，并記錄彈簧測力計的讀數(shù)，注意在使用彈簧測力計的時候，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（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點畫平行四邊形的對角線，即為合力F的力示.

（5）只用一個彈簧測力計，通過細繩套把橡皮條的結(jié)點拉到與前面相同的位置O，記下彈簧測力計的讀數(shù)F′和細繩的方向，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，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.

（7）改變兩個力的大小和夾角，多做幾次實驗.

為什么先用兩根彈簧測力計而不是先用一根彈簧測力計呢？筆者組織學(xué)生對此實驗又進行了若干次的對比實驗.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.筆者在講實驗步驟時沒有講先用兩根彈簧測力還是先用一根彈簧測力計，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拉，再用一根彈簧測力計拉；B組學(xué)生先用一根彈簧測力計拉，再用兩根彈簧測力計拉.我特意叮囑學(xué)生讓他們在做實驗中尊重事實，記錄原始數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有什么問題或困難馬上報告.

A組同學(xué)在實驗過程中，會時不會有同學(xué)報告若先用兩根彈簧測力計做，后用一根彈簧測力計拉，會多次出現(xiàn)用一根彈簧測力計拉到不O點的情況，不得不重新定義O點.

為什么會出現(xiàn)這樣情況呢？實驗室所用的彈簧測力計量程大小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量程的情況.因為是探究性實驗，學(xué)生在實際在實驗操作過程中，還沒有完整的理論知識，不會也不可能事先進行理論計算，在操作過程中，力的夾角和大小有一定的隨機性，很容易造成用一根彈簧測力計拉不到O點而導(dǎo)致實驗不成功.學(xué)生在做實驗時，不得不得重新定義O點，甚至有時候要重復(fù)定義好幾次O點.在A組12組同學(xué)中有5組出現(xiàn)過這種情況，實驗過程中不成功的概率達42%，從他們的實驗原始數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)都是用兩個彈簧測力拉時力相對較大或夾角相對較小造成.

B組同學(xué)在實驗過程中，先用一根彈簧測力計拉，然后用兩根彈簧測力計拉，則不會出現(xiàn)A組超過量程的情況.但是很快就有同學(xué)反映了一個困難，兩次實驗要求拉到同一結(jié)點O，用一根彈簧測力計比較容易完成，而用兩根彈簧測力計去拉的時候，拉到同一結(jié)點O要反復(fù)試好幾才能完成.盡管要試好幾次，但是花費一定時間還是可以完成實驗的.而對比A組同學(xué)，先用兩根彈簧測力計拉，再用一根彈簧測力計拉，拉到同一結(jié)點O是很容易完成的.（前提是能夠拉到結(jié)點O）.另有一些同學(xué)會驚喜的發(fā)現(xiàn)，用兩根彈簧測力計拉到O點時，會有很多種情況.（根據(jù)力的分解理論我們知道，一個力的分解有無數(shù)個解），當(dāng)他們向我欣喜的匯報這一發(fā)現(xiàn)時，我對他們進行了表揚，并讓他們記下實驗原始數(shù)據(jù)，以后再進行深入分析，暫時給他們一個懸念，也為力的分解知識提供實驗數(shù)據(jù).

當(dāng)然，有人會提出，先用一個彈簧測力計，再用兩個彈簧測力計，這應(yīng)該是力的分解的實驗，而不是合成的實驗，筆者認(rèn)為，先用一個彈簧測力計拉還是兩個彈簧測力計拉，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，把步驟適當(dāng)?shù)母倪M，仍然是力的合成實驗.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）用一個彈簧測力計分別鉤住細繩套（或圓環(huán)），使橡皮條伸長，結(jié)點到達某一位置O.記下O點、彈簧測力計的讀數(shù)F′和細繩的方向.注意在使用彈簧測力計的時候，要使它的彈簧與木板平面平行.

（3）用兩個彈簧測力計分別鉤住兩個細繩套（或圓環(huán)），互成角度地拉橡皮條，使橡皮條伸長，結(jié)點到達同一位置O點，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（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，看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等.

（7）改變兩個力的大小和夾角，多做幾次實驗.

對比，A組和B組的實驗結(jié)果：

A組先用兩根彈簧測力計拉，再用一根彈簧測力計拉，會出現(xiàn)實驗不能完成的情況，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