浅谈电子秤在物理教学中的应用

(南京市溧水区第二高级中学，江苏 南京 211200)

电子秤在生活中随处可见，它可以直接显示物体的质量，具有“快速、准确、连续、自动”称量的特点.在课堂教学中，我们可以借助于电子秤，让“看不见”可以“看得见”，利用直观的形象，激发有效的联想，唤醒记忆中的有关知识、经验或表象，从而使原有的知识和经验去“同化”、“顺应”当时所学的新知识，从而达到对新知识有意义的建构，提高教学质量.

1 演示力的作用效果

将一个已知力进行分解，在没有条件约束时可以有无数组分解方式.一个已知力究竟应该怎样分解，要根据力的作用效果进行分解，而力的作用效果往往又不容易直接观察到.对一节新授课来说，如何让学生找到力的作用效果是本节的重点，也是难点.在下面的这个实例当中，利用电子秤间接显示力的作用效果，即示数越大，压力越大，支持力越大，可直接使“看不见”变为“看得见”.

如图所示，静止的物体受到斜向上的拉力，从力的作用效果看，应该怎样将拉力如何分解？两个分力的大小多大？

实验演示一

图1

教师：当用弹簧秤竖直向上拉物块时(物块仍然静止)(如图1所示)，请同学们观察电子秤的示数如何变化？

学生：示数变小.

教师：引起这种变化的原因是什么？

学生：因为力F有一个向上提的效果，减小了物块与电子秤之间的挤压，从而使得示数减小.

实验演示二

图2

教师：当用弹簧秤斜向上拉物块时(物块仍然静止)(如图2所示)，请同学们猜想电子秤的示数如何变化？

学生：示数变小

教师：为什么？

学生：力F有一个向上拉物体的效果.

观察实验，示数的确减小.

当力增大到某个值时，物块开始向右运动.

学生：这说明物块在力F的作用下有向右的运动的趋势.

借助于电子秤，学生很容易找到力F的两个作用效果，顺利突破本节课的重难点.

2 比较FN与G的大小关系

在计算滑动摩擦力大小时，尤其在高一阶段，不管在什么条件下，学生总是认为FN=mg，习惯用f=μFN=μmg，尽管在平时的教学中我们也会重点强调两者没有必然的联系，但收效甚微.如何有效的利用这一生成性的教学资源，笔者不断地反思自己的教学行为，在以往重理论分析的基础上，立足于“学生最近发展区”，先通过演示实验创建直观的物理情景，激发学生的认知冲突，建立感性认识，再理论推导.

教师：FN与G一定相等吗？请同学们看下面的演示实验并回答下列问题.

演示实验：观察下列情景中电子秤的示数，比较FN与G的大小关系.

演示一：把一物块静止地放在电子秤上(图3).

学生回答：FN=G.

演示二：用细绳竖直向上提物块，物块仍静止(图4).

图3

图4

学生回答：FN

图5

演示三：用细绳斜向上拉动物块(图5).

学生回答：FN

教师：为什么呢？

学生回答：力F对物块有向上提的作用效果，减小了物块对电子秤的压力.

教师：利用该装置还可以怎么验证FN与G的大小关系？

学生：用手斜向下压物块(图6)，FN>G.

学生：还可以把电子秤倾斜摆放(图7)，此时FN

信息的提取依赖于具体情景，在学生原有

的认知水平上(FN=mg)，利用学生的前概念资源，通过上述的演示实验和学生自己设计的情景，借助于电子秤将看不见的力FN通过数字形式显示，学生由原来认为FN与G大小一定相等，发展到两者大小关系可以是大于、等于或小于，有效地纠正了错误的认识.

图6

图7

3 研究超重和失重

人教版教材在研究超重和失重问题时，直接从理论推导得出超失重的定义：当物体对支持物的压力大于物体的重力时，超重；当物体对支持物的压力小于物体的重力时，失重；但事实证明，学生在应用超失重解决具体的问题时，很容易出错.因此，借助电子秤笔者设计了以下两个实验：

实验一：学生由静止开始迅速地下蹲或站起，观察电子秤的示数变化.

实验二：把电子秤搬到电梯内，学生站在电子秤上，观察电梯由静止开始上升或下降到再次停下来过程中电子秤示数的变化，记录观察到的实验数据并拍摄整个实验过程，完成下列的表格.

运动的方向上升下降运动性质加速上升匀速上升减速上升加速下降匀速下降减速下降电子秤的示数大于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

通过实验一，学生可以直接体验超重和失重，建立超失重的基本认知，为进一步研究判断超失重的方法做铺垫.

通过观察并记录电子秤显示的数值，学生很容易观察到何时失重或超重，分析表格总结出判断超失重的方法：当加速度的方向向上时，物体超重，当加速度方向向下时，物体失重，且与速度的方向无关.再结合教材中的理论推导，进一步加深对超失重的理解，事半功倍.

4 演示气体压强产生的机理

图8

在人教版高中物理教材中“有关气体压强的微观意义”，用“雨滴打伞”来类比气体分子碰撞容器壁(如图8所示)，表述简单明了.气体对容器的压强是大量分子对容器壁的碰撞引起的，这就像下雨时，一滴雨对伞的冲力是短暂的，但如果有大量密集的雨滴持续的打到伞上，将产生持续的、稳定的压力.

图9

为了进一步加强学生对“气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的”理解，教材中还设计了“杯子倒钢球，钢球下落击打电子秤托盘的演示实验”来模拟气体压强产生的机理(如图9所示)，并定性分析影响气体压强的两个微观因素.

演示一：把装有小钢球的杯子拿到电子秤上方约10cm位置，把1个钢球倒放在秤盘上，观察电子秤的示数.

演示二：再从相同的高度把100个或更多的钢球连续地倒在秤盘上，观察电子秤的示数.

演示三：把这些钢球从更高的位置落在秤盘上，观察电子秤的示数.

在学生已有的“雨滴打伞”的生活体验的基础上，再进行类比：把气体分子看成一个个小钢球，把气体分子撞击容器壁类比于小钢球撞击电子秤的托盘.示数越大，则撞击力越大，压强越大；示数越小，则撞击力越小，压强越小.

通过控制变量法，对电子秤在不同条件下的示数进行比较分析，学生可以定性分析“影响气体压强的两个微观因素”：在相同高度下改变单位时间内杯子倒钢球的个数，单位时间内落到托盘上钢球的个数越多，电子秤示数越大，即压强越大；在保证单位时间内杯子倒钢球的个数一定的前提下，通过改变杯子高度，达到调节钢球撞击秤盘时的动能，得出高度越高，动能越大，电子秤的示数越大，即压强越大.从而可以顺利得出影响气体压强的两个微观因素为气体分子的平均动能和密集程度.正是借助于电子秤，教材对于压强的微观解释形象生动，浅显易懂.

在以上实验中教师根据教学的目的和要求，从教学内容的实际出发，结合学生身心发展的特点，借助于电子秤进行直观教学，贯彻“从生动的直观，到抽象的思维”的认知规律，不仅有利于促进学生理性思维的发展，对提高教学质量也有重要的作用.

参考文献：

[1]田世昆，胡卫平.物理思维论[M].南宁：广西教育出版社，1996.

[2]张韶朗.“气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞次数”问题探讨[J].物理教师，2013，(1).