淺談電子秤在物理教學中的應用

(南京市溧水區第二高級中學，江蘇 南京 211200)

電子秤在生活中隨處可見，它可以直接顯示物體的質量，具有“快速、準確、連續、自動”稱量的特點.在課堂教學中，我們可以借助于電子秤，讓“看不見”可以“看得見”，利用直觀的形象，激發有效的聯想，喚醒記憶中的有關知識、經驗或表象，從而使原有的知識和經驗去“同化”、“順應”當時所學的新知識，從而達到對新知識有意義的建構，提高教學質量.

1 演示力的作用效果

將一個已知力進行分解，在沒有條件約束時可以有無數組分解方式.一個已知力究竟應該怎樣分解，要根據力的作用效果進行分解，而力的作用效果往往又不容易直接觀察到.對一節新授課來說，如何讓學生找到力的作用效果是本節的重點，也是難點.在下面的這個實例當中，利用電子秤間接顯示力的作用效果，即示數越大，壓力越大，支持力越大，可直接使“看不見”變為“看得見”.

如圖所示，靜止的物體受到斜向上的拉力，從力的作用效果看，應該怎樣將拉力如何分解？兩個分力的大小多大？

實驗演示一

圖1

教師：當用彈簧秤豎直向上拉物塊時(物塊仍然靜止)(如圖1所示)，請同學們觀察電子秤的示數如何變化？

學生：示數變小.

教師：引起這種變化的原因是什么？

學生：因為力F有一個向上提的效果，減小了物塊與電子秤之間的擠壓，從而使得示數減小.

實驗演示二

圖2

教師：當用彈簧秤斜向上拉物塊時(物塊仍然靜止)(如圖2所示)，請同學們猜想電子秤的示數如何變化？

學生：示數變小

教師：為什么？

學生：力F有一個向上拉物體的效果.

觀察實驗，示數的確減小.

當力增大到某個值時，物塊開始向右運動.

學生：這說明物塊在力F的作用下有向右的運動的趨勢.

借助于電子秤，學生很容易找到力F的兩個作用效果，順利突破本節課的重難點.

2 比較FN與G的大小關系

在計算滑動摩擦力大小時，尤其在高一階段，不管在什么條件下，學生總是認為FN=mg，習慣用f=μFN=μmg，盡管在平時的教學中我們也會重點強調兩者沒有必然的聯系，但收效甚微.如何有效的利用這一生成性的教學資源，筆者不斷地反思自己的教學行為，在以往重理論分析的基礎上，立足于“學生最近發展區”，先通過演示實驗創建直觀的物理情景，激發學生的認知沖突，建立感性認識，再理論推導.

教師：FN與G一定相等嗎？請同學們看下面的演示實驗并回答下列問題.

演示實驗：觀察下列情景中電子秤的示數，比較FN與G的大小關系.

演示一：把一物塊靜止地放在電子秤上(圖3).

學生回答：FN=G.

演示二：用細繩豎直向上提物塊，物塊仍靜止(圖4).

圖3

圖4

學生回答：FN

圖5

演示三：用細繩斜向上拉動物塊(圖5).

學生回答：FN

教師：為什么呢？

學生回答：力F對物塊有向上提的作用效果，減小了物塊對電子秤的壓力.

教師：利用該裝置還可以怎么驗證FN與G的大小關系？

學生：用手斜向下壓物塊(圖6)，FN>G.

學生：還可以把電子秤傾斜擺放(圖7)，此時FN

信息的提取依賴于具體情景，在學生原有

的認知水平上(FN=mg)，利用學生的前概念資源，通過上述的演示實驗和學生自己設計的情景，借助于電子秤將看不見的力FN通過數字形式顯示，學生由原來認為FN與G大小一定相等，發展到兩者大小關系可以是大于、等于或小于，有效地糾正了錯誤的認識.

圖6

圖7

3 研究超重和失重

人教版教材在研究超重和失重問題時，直接從理論推導得出超失重的定義：當物體對支持物的壓力大于物體的重力時，超重；當物體對支持物的壓力小于物體的重力時，失重；但事實證明，學生在應用超失重解決具體的問題時，很容易出錯.因此，借助電子秤筆者設計了以下兩個實驗：

實驗一：學生由靜止開始迅速地下蹲或站起，觀察電子秤的示數變化.

實驗二：把電子秤搬到電梯內，學生站在電子秤上，觀察電梯由靜止開始上升或下降到再次停下來過程中電子秤示數的變化，記錄觀察到的實驗數據并拍攝整個實驗過程，完成下列的表格.

運動的方向上升下降運動性質加速上升勻速上升減速上升加速下降勻速下降減速下降電子秤的示數大于G等于G小于G小于G等于G大于G超重或失重超重失重失重超重加速度方向向上向下向下向上

通過實驗一，學生可以直接體驗超重和失重，建立超失重的基本認知，為進一步研究判斷超失重的方法做鋪墊.

通過觀察并記錄電子秤顯示的數值，學生很容易觀察到何時失重或超重，分析表格總結出判斷超失重的方法：當加速度的方向向上時，物體超重，當加速度方向向下時，物體失重，且與速度的方向無關.再結合教材中的理論推導，進一步加深對超失重的理解，事半功倍.

4 演示氣體壓強產生的機理

圖8

在人教版高中物理教材中“有關氣體壓強的微觀意義”，用“雨滴打傘”來類比氣體分子碰撞容器壁(如圖8所示)，表述簡單明了.氣體對容器的壓強是大量分子對容器壁的碰撞引起的，這就像下雨時，一滴雨對傘的沖力是短暫的，但如果有大量密集的雨滴持續的打到傘上，將產生持續的、穩定的壓力.

圖9

為了進一步加強學生對“氣體對容器的壓強是大量氣體分子對容器的碰撞引起的”理解，教材中還設計了“杯子倒鋼球，鋼球下落擊打電子秤托盤的演示實驗”來模擬氣體壓強產生的機理(如圖9所示)，并定性分析影響氣體壓強的兩個微觀因素.

演示一：把裝有小鋼球的杯子拿到電子秤上方約10cm位置，把1個鋼球倒放在秤盤上，觀察電子秤的示數.

演示二：再從相同的高度把100個或更多的鋼球連續地倒在秤盤上，觀察電子秤的示數.

演示三：把這些鋼球從更高的位置落在秤盤上，觀察電子秤的示數.

在學生已有的“雨滴打傘”的生活體驗的基礎上，再進行類比：把氣體分子看成一個個小鋼球，把氣體分子撞擊容器壁類比于小鋼球撞擊電子秤的托盤.示數越大，則撞擊力越大，壓強越大；示數越小，則撞擊力越小，壓強越小.

通過控制變量法，對電子秤在不同條件下的示數進行比較分析，學生可以定性分析“影響氣體壓強的兩個微觀因素”：在相同高度下改變單位時間內杯子倒鋼球的個數，單位時間內落到托盤上鋼球的個數越多，電子秤示數越大，即壓強越大；在保證單位時間內杯子倒鋼球的個數一定的前提下，通過改變杯子高度，達到調節鋼球撞擊秤盤時的動能，得出高度越高，動能越大，電子秤的示數越大，即壓強越大.從而可以順利得出影響氣體壓強的兩個微觀因素為氣體分子的平均動能和密集程度.正是借助于電子秤，教材對于壓強的微觀解釋形象生動，淺顯易懂.

在以上實驗中教師根據教學的目的和要求，從教學內容的實際出發，結合學生身心發展的特點，借助于電子秤進行直觀教學，貫徹“從生動的直觀，到抽象的思維”的認知規律，不僅有利于促進學生理性思維的發展，對提高教學質量也有重要的作用.

參考文獻：

[1]田世昆，胡衛平.物理思維論[M].南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]張韶朗.“氣體分子單位時間內與單位面積器壁碰撞次數”問題探討[J].物理教師，2013，(1).