重力與質量間的正比關系需要科學探究嗎

王偉民

(太和縣宮集鎮中心學校 安徽 阜陽 236652)

與老版本的教科書一樣，最新版本的人教版《八年級物理》教科書下冊(2012年版)，在第七章第3節“重力”一節中介紹重力的大小時，以 “托起質量不同的物體，會感覺所用的力不同”這種學生熟悉的生活現象入手，提出問題“地球附近的物體所受的重力與它的質量之間有什么關系？”[1]，接下來便自然而然地引入了探究性試驗——探究重力的大小跟質量的關系．

具體方法是(詳見教科書第10頁)，用若干個已知質量的鉤碼串聯起來的整體作為研究對象，通過改變鉤碼的個數來改變物體的質量，用彈簧測力計測出研究對象的質量改變時，對應的重力數據，并記錄在表格中，以質量為橫坐標，重力為縱坐標描點并連線作圖，分析表格中數據的變化規律及兩物理量間的圖像特征，總結出“物體所受的重力與它的質量成正比”這一重要結論．

筆者以為，物理量重力與質量間的正比關系可以在提出課本所給的問題之后，經簡單分析說明，將答案直接告訴學生，根本不需要進行所謂的“科學探究”活動．

眾所周知，一個物理量隨其他物理量的變化規律有時是非常隱現的，單憑生活經驗或感覺不能確定出物理變化的正確規律，甚至有可能會根據生活經驗“總結”出錯誤的結論，在此情況下，我們就需要對物理量的變化進行科學探究了，因為科學探究的目的之一，就是要撩開披在“真理”頭上的那層神秘面紗，去偽存真，運用科學的手段和方法，尋找出物理變化的正確規律來．可是，如果某一物理規律的變化簡單明了，顯而易見，我們就大可不必費勁周折地用“科學探究”的方法再去探究一番，否則，勢必會給人一種畫蛇添足的多余之感，使“科學探究”的“科學”性大打折扣．

課堂教學中，筆者曾按課本提供的方法及步驟，以演示實驗的方式對重力與質量間的關系進行了“科學探究”——所用鉤碼質量為50 g(即0.05 kg)，將一只鉤碼掛在已調零的彈簧測力計下(測力計是演示用的彈簧測力計，全班同學均可清楚地看到測力計的讀數)，彈簧測力計讀數為0.5 N，指導學生將這一對數據填在課本設計好的表格中，然后，將兩個鉤碼串聯起來，要求學生將其質量0.10 kg填入表格，并比較兩次質量的變化規律，正準備將鉤碼掛在測力計下面測其重力的時候，全班學生卻已異口同聲地說出了正確“答案”：兩鉤碼的總重力是1.0 N，接下來一系列的改變質量測重力的演示步驟，不得不由探究實驗“演變”成了驗證性實驗，因為每增加一個鉤碼，學生都能夠很快地說出與其對應的鉤碼組的重力．當然，課本原先設計的根據實驗總結出的結論“物體所受的重力根它的質量成正比”，也根本不需要由實驗來進行歸納總結了，實際上，早在提出問題“地球附近的物體所受的重力與它的質量之間有什么關系”時，幾乎所有學生就已經“猜”出了問題的答案．

那么，是不是因為我們的學生太“聰明”，或者是因為“巧合”，學生在“科學探究”過程中無意“撞”上了正確結論呢？答案顯然是否定的．

我們不妨以n只鉤碼與一只鉤碼的重力關系為例來進行分析．

設一只鉤碼的質量是m，重力為G，因為實驗所用的鉤碼的所有物理量都是一樣的(比如，這些鉤碼的質量相同、重力相等、體積一樣等等．當然，我們用這些一樣的物理量只是為了說明問題的方便，鉤碼的物理量一樣不會成為“物體所受的重力跟它的質量成正比”這一結論論證過程的必要條件)，根據質量定義“物體所含物質的多少，叫做物體的質量”可知，n只鉤碼所含物質的多少一定是一只鉤碼所含物質多少的n倍，即n只鉤碼的質量一定是一只鉤碼質量的n倍；結合重力的定義“由于地球的吸引而使物體受到的力叫做重力”，而“重力的大小也叫物體的重量”(即不提及方向，單從大小方面來考慮，重力與重量可以不加區分的)，利用平行力的合成法則可以得出，n只鉤碼重力大小一定是一只鉤碼重力大小的n倍．換句話說，物體的質量增加到原來的幾倍，其重力一定會增加到相同的倍數，即物體所受的重力跟它的質量成正比．

既然重力與質量間的正比關系根據兩物理量的定義可以根據邏輯推理直接得出，而且絕大多數的學生能夠非常“輕松”地接受這一論斷(實際上，在課堂教學中，教師提出問題“地球附近的物體所受的重力與它的質量之間有什么關系”時，大部分學生可以自己總結出正確結論.因為小學數學教學中，兩個量間的倍數關系是教學重點，與倍數關系相關的實際問題，絕大多數學生會理解)，那么，教科書為得出“物體所受的重力根它的質量成正比”這一結論而設計的科學探究過程顯然是多余的，課本完全可以將此結論直接告訴學生，同時將該探究實驗設計成測量物體重力G與其質量m比值(即測量重力加速度g)的測量實驗！

參考文獻

1 人民教育出版社，課程教材研究所物理課程教材研究開發中心.物理(八年級下冊).北京：人民教育出版社，2012.9～10