重力与质量间的正比关系需要科学探究吗

王伟民

(太和县宫集镇中心学校 安徽 阜阳 236652)

与老版本的教科书一样，最新版本的人教版《八年级物理》教科书下册(2012年版)，在第七章第3节“重力”一节中介绍重力的大小时，以 “托起质量不同的物体，会感觉所用的力不同”这种学生熟悉的生活现象入手，提出问题“地球附近的物体所受的重力与它的质量之间有什么关系？”[1]，接下来便自然而然地引入了探究性试验——探究重力的大小跟质量的关系．

具体方法是(详见教科书第10页)，用若干个已知质量的钩码串联起来的整体作为研究对象，通过改变钩码的个数来改变物体的质量，用弹簧测力计测出研究对象的质量改变时，对应的重力数据，并记录在表格中，以质量为横坐标，重力为纵坐标描点并连线作图，分析表格中数据的变化规律及两物理量间的图像特征，总结出“物体所受的重力与它的质量成正比”这一重要结论．

笔者以为，物理量重力与质量间的正比关系可以在提出课本所给的问题之后，经简单分析说明，将答案直接告诉学生，根本不需要进行所谓的“科学探究”活动．

众所周知，一个物理量随其他物理量的变化规律有时是非常隐现的，单凭生活经验或感觉不能确定出物理变化的正确规律，甚至有可能会根据生活经验“总结”出错误的结论，在此情况下，我们就需要对物理量的变化进行科学探究了，因为科学探究的目的之一，就是要撩开披在“真理”头上的那层神秘面纱，去伪存真，运用科学的手段和方法，寻找出物理变化的正确规律来．可是，如果某一物理规律的变化简单明了，显而易见，我们就大可不必费劲周折地用“科学探究”的方法再去探究一番，否则，势必会给人一种画蛇添足的多余之感，使“科学探究”的“科学”性大打折扣．

课堂教学中，笔者曾按课本提供的方法及步骤，以演示实验的方式对重力与质量间的关系进行了“科学探究”——所用钩码质量为50 g(即0.05 kg)，将一只钩码挂在已调零的弹簧测力计下(测力计是演示用的弹簧测力计，全班同学均可清楚地看到测力计的读数)，弹簧测力计读数为0.5 N，指导学生将这一对数据填在课本设计好的表格中，然后，将两个钩码串联起来，要求学生将其质量0.10 kg填入表格，并比较两次质量的变化规律，正准备将钩码挂在测力计下面测其重力的时候，全班学生却已异口同声地说出了正确“答案”：两钩码的总重力是1.0 N，接下来一系列的改变质量测重力的演示步骤，不得不由探究实验“演变”成了验证性实验，因为每增加一个钩码，学生都能够很快地说出与其对应的钩码组的重力．当然，课本原先设计的根据实验总结出的结论“物体所受的重力根它的质量成正比”，也根本不需要由实验来进行归纳总结了，实际上，早在提出问题“地球附近的物体所受的重力与它的质量之间有什么关系”时，几乎所有学生就已经“猜”出了问题的答案．

那么，是不是因为我们的学生太“聪明”，或者是因为“巧合”，学生在“科学探究”过程中无意“撞”上了正确结论呢？答案显然是否定的．

我们不妨以n只钩码与一只钩码的重力关系为例来进行分析．

设一只钩码的质量是m，重力为G，因为实验所用的钩码的所有物理量都是一样的(比如，这些钩码的质量相同、重力相等、体积一样等等．当然，我们用这些一样的物理量只是为了说明问题的方便，钩码的物理量一样不会成为“物体所受的重力跟它的质量成正比”这一结论论证过程的必要条件)，根据质量定义“物体所含物质的多少，叫做物体的质量”可知，n只钩码所含物质的多少一定是一只钩码所含物质多少的n倍，即n只钩码的质量一定是一只钩码质量的n倍；结合重力的定义“由于地球的吸引而使物体受到的力叫做重力”，而“重力的大小也叫物体的重量”(即不提及方向，单从大小方面来考虑，重力与重量可以不加区分的)，利用平行力的合成法则可以得出，n只钩码重力大小一定是一只钩码重力大小的n倍．换句话说，物体的质量增加到原来的几倍，其重力一定会增加到相同的倍数，即物体所受的重力跟它的质量成正比．

既然重力与质量间的正比关系根据两物理量的定义可以根据逻辑推理直接得出，而且绝大多数的学生能够非常“轻松”地接受这一论断(实际上，在课堂教学中，教师提出问题“地球附近的物体所受的重力与它的质量之间有什么关系”时，大部分学生可以自己总结出正确结论.因为小学数学教学中，两个量间的倍数关系是教学重点，与倍数关系相关的实际问题，绝大多数学生会理解)，那么，教科书为得出“物体所受的重力根它的质量成正比”这一结论而设计的科学探究过程显然是多余的，课本完全可以将此结论直接告诉学生，同时将该探究实验设计成测量物体重力G与其质量m比值(即测量重力加速度g)的测量实验！

参考文献

1 人民教育出版社，课程教材研究所物理课程教材研究开发中心.物理(八年级下册).北京：人民教育出版社，2012.9～10