“抵抗彎曲與紙梁的長度關系”的實驗設計

千珠哲

小學六年級第二單有研究“抵抗彎曲”的內容，由于多年的教學經驗，感覺同學們對本節課的內容非常感興趣，所以我用四節課的時間（兩節理論課，主要解決理論問題和設計八步實驗計劃；兩節實驗課，專門做抗彎曲能力與紙梁的寬度、抗彎曲能力與厚度有關的實驗）效果相當好。同學們通過認真、嚴密地實施兩個對比實驗，來驗證了抗彎曲能力與紙梁的寬度與厚度有關的事實。既在紙梁的跨度與的厚度不變的情況下，紙梁越寬，抗彎曲能力越強；紙梁越窄，抗彎曲能力越弱。在紙梁的跨度與寬度不變的情況下，紙梁越厚，抗彎曲能力越強，紙梁越薄，抗彎曲能力越弱。

而學習完以上內容，并且做完相關實驗之后，有的同學就提出了這樣的疑問：老師，紙梁的長度與抗彎曲能力有什么關系呢？針對這個問題，我首先肯定了同學們的敢于提出問題、探究問題的精神，并且鼓勵他們設計實驗計劃，用實驗來探究紙梁的長度與抗彎曲能力之間的關系。

當然，讓同學們自己設計實驗計劃，對于全班同學來說并非易如反掌的事情。因此，我和往常一樣認真組織學生進行了討論：這個實驗計劃分幾步進行？我們要研究的問題是什么？所需要的材料？等。當然關鍵是設置改變的條件與不改變的條件。紙梁的寬度統一定為3CM，厚度為一長A4打印紙。在設置改變的條件時，大多數同學說，要分別定為4CM（即一倍寬）、8CM（即二倍寬）、12 CM（即三倍寬）的三張紙。我問他們，假如把它們分別放在跨度分別為4CM、8CM、12CM的兩個橋墩之間，可行嗎？這個時候有個同學說可能不行，橋面搭不住的。我接著問：將如何解決這個問題？同學們經過一番思索與討論之后達成共識：橋面應該比兩個橋墩的跨度大些才可以搭得住的。最后決定用A4打印紙分別裁剪成3CM×6CM的紙一張、3CM×10CM的紙一張、3CM×14CM的紙一張，再在每張紙的兩邊畫出1CM的線，這樣就做出了跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋面。

于是，我和同學們一起寫出了紙梁的長度與抗彎曲能力關系的實驗計劃，并針對這個問題進行了實驗研究。寫出的實驗計劃如下：

1.研究的問題：紙梁的長度與抗彎曲能力有關系嗎？

2.我們的假設：紙梁的長度與抗彎曲能力有關系。

3.實驗器材：3CM×6CM紙一張、3CM×10CM紙一張、3CM×14CM紙一張（都是用A4紙剪切的，并且每張紙兩邊都留有1CM的余地），精確的跨度分別為4CM、8CM、12 CM的橋墩，直徑為1.4CM的墊圈若干，跨度分別是4 CM、8CM、12 CM的泡沫塑料板橋墩。（如果是同學自己剪裁所需要的三種規格的紙張，還需要一把壁紙刀、一把直尺、一支鉛筆、一個三角尺。）

4.不改變的條件：紙梁的寬度、紙梁的厚度，紙張的質地（統一使用A4打印紙）。

5.改變的條件：紙梁的長度（橋梁的跨度）。

6.實驗過程：在跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋墩上分別用3CM×6CM紙一張、3CM×10CM紙一張、3CM×14CM紙一張，分別搭建跨度分別為4CM、8CM、12CM的橋梁，，然后在橋面上分別放上墊圈（應注意，放墊圈要輕輕地放，以免沖擊力的不同而影響實驗結果），一直把紙梁壓塌為止，認真作好記錄，并且每個不同跨度的實驗都要反復做三次以上，以獲得較準確的數據。

7.觀察到的現象：跨度為4CM的紙梁能承受大約16個墊圈的重量、跨度為8CM的紙梁能承受大約4個墊圈的重量、跨度為12CM的紙梁只能承受大約2個墊圈的重量。

8.我們的結論：紙梁的長度與抗彎曲能力有關系的。在紙梁的寬度與厚度不變的情況下，紙梁越長，抗彎曲能力越弱。反之，越強。

為了實驗結果的準確性，我用泡沫塑料板做了跨度分別是4CM、8CM、12CM的橋墩，以免用書本做橋墩帶來的數據的不準確性。

實驗過后，同學們異常興奮，因為他們用是自己設計的實驗解決了他們自己提出的問題。

再此之后，我又對他們提出了這樣的問題：從以上的實驗，結合以前所學知識，再聯系實際，談談你想如何運用今天所學的知識來解決或者解釋現實當中有關抵抗彎曲方面的問題？比如橋梁。這個時候，有的同學就說：通過今天的實驗我明白了為什么我見到的我們市里的很多橋梁有那么多橋墩。因為橋墩少了，橋面的跨度相對長了，橋面和橋梁的抵抗彎曲的能力就相對低了很多。所以，我見到的很多橋梁有那么多的橋墩。還有的同學說：當需要建一些跨度很長的橋梁的時候，我們要采取一定的措施（他指著書上的鋼索橋說），比如用鋼索來拉住橋面的方法來解決長度（跨度）太長而帶來的抵抗彎曲能力低的問題。還有的同學說：如果條件允許，我們可以建一些拱橋來增強橋面的抵抗彎曲的能力。

這樣，不僅把本節課的問題應用到實際當中去，而且為下節課的學習打下了基礎。

【作者單位：琿春市第一小學校 吉林】