“力的平行四边形定则”实验中的橡皮筋问题探讨

邓卓良

摘 要：在学习物理这一学科的过程中，物理老师经常使用橡皮筋作为实验操作过程中的辅助工具。在“力的平行四边形定则”这一实验的学习中，物理教师就用到了橡皮筋。本文就通过对“力的平行四边形定则”这一实验的实际操作，对其中的橡皮筋问题作出一些探讨，以期能促进今后物理学习中的独立思考与理论理解和实践应用能力。

关键词：力的合成;橡皮筋;问题;探讨

橡皮筋作为一种较为常见的日常生活用品，因成本低廉且应用较为广泛，经常在物理实验中作为辅助工具以提高物理实验的演示效果，并加深对物理演示过程及理论知识的记忆。在“力的平行四边定则”这一实验中橡皮筋就起到了非常重要的作用，对于学生而言，这种实验在操作上也更利于掌握，随时随地就可以进行演示。本文就在结合自身所掌握的相关理论知识的基础上对这一实验中的橡皮筋问题进行了探讨。

1.实验中的橡皮筋问题

力的平行四边形定则时我们高中学习阶段所学的一个重要理论知识，物理老师在教授这一内容时都会辅助以具体的实验操作以帮助我们加深对这一课程的理解。在这个实验中所用到的主要思想是“等效替代”，即当使用弹簧秤对橡皮筋进行弹力测试时使用的是二力平衡的原理，而当用两个分力对橡皮筋进行测试时则是三力平衡，依据等效替代的思想就两个分力就可以通过平行四边形定则求出合力。但是在这一实验中，橡皮筋的两次拉伸程度应保持一致才能使其弹力值相同，这是确保实验准确的前提要素，也是致使实验出现误差的最主要环节。

在本次探讨中，本文就对2014年的江苏高考试题进行了相关研究，并亲自做了该实验。首先选择一块木板竖直放置，并在其表面固定一张白纸，然后在白纸上选择一点O将橡皮筋的一端进行固定，下端P处悬挂一重物，随后拎住橡皮筋下端水平缓慢移动并记录运动轨迹。当结束此次操作后，使橡皮筋回归到初始状态再次重复之前的操作，并再次记录轨迹。在2014年的原题中指出其实验结果中两次运动轨迹之间存在明显的不同，但是在本次的探讨中，实际的演示结果却与答案有明显不同。

在经过对此次实验数据的思考后，结合物理老师的专业意见，在老师的协助下使用DIS对实验过程进行精确测量。即测量不同橡皮筋的伸长量与其拉力之间存在的关系，本次研究中主要测量了两种质量明显不同的橡皮筋。具体操作过程如下，首先将橡皮筋的一端进行固定，另一端与传感器连接，在测量时还要使用带有刻度的纸质直尺，使橡皮筋保持自然状态时的末端在刻度尺的0刻度位置，然后使用传感器将橡皮筋拉长到不同程度并分别记录下每次的弹力值，拉伸长度从1厘米以0.5厘米为单位递进，并记录实验数据。

通过实验发现，对于所使用的橡皮筋，质量较好的那一根在伸长量低于13cm时，只要伸长量相同，测量出的其弹力也相同;但是当伸长量大于13厘米时，即使伸长量相同，其弹力也存在一些差异，这也是实验误差出现的原因。而质量不好的那一根，随着其伸长量的增加，其弹力之间的差值也越大。

2.分析与启示

笔者所接触过的物理实验中，橡皮筋都是被作为弹簧来使用的，而在使用时已默认橡皮筋是满足胡克定律的，但是相关实验研究表明，橡皮筋的弹力与其伸长量之间的比值却是变动的，并且两者之间呈非线性的关系。因为本身橡皮筋在不同的使用环境中因其构造及所使用原料的物质特性就会出现不同的变化。实验研究表明当将橡皮筋拉长到原长度的7倍时，其内部结构就有可能被破坏，而这种破坏就会带来能量的损耗，使橡皮筋不再满足胡克定律也就不能被用于某些实验中。

通过上述分析，笔者对力的平行四边形定则实验中是否可以使用橡皮筋进行了思考。在此實验中，虽然橡皮筋可能不能满足胡克定律，只要满足伸长量一定时弹力也一定即可。但是有的对胡克定律要求较为严格的实验中就不能使用橡皮筋，如制作测力计的实验中。通过与物理老师进行探讨，结合自身所掌握的一些知识总结出一些使用橡皮筋的实验中需要注意的是：①在进行实验时所选用的橡皮筋在质量上应过关，因为质量低劣的橡皮筋在拉伸量稍长时就会发生形变，使其弹力的测量值出现误差，并且随着拉伸量的不断增大，误差也会越来越大，而质量较好的橡皮筋就可以在一定程度上避免这种现象的出现;②在进行实验时，不能对橡皮筋进行过度拉伸，这就要求我们的物理教师在进行相关的实验演示时应展示具体的关系图，即橡皮筋的拉伸量与弹力之间的关系，只有这样才能更加便于学生们对实验的理解;③所选用的橡皮筋最好应是未曾使用的新橡皮筋，因为只有这种未曾使用过的在使用时出现的误差才不会过大，而若使用回收来的橡皮筋则可能会因其内部结构已遭到破坏而使其出现滞后特性，影响对真实数据的测量。

结束语

通过对此次实验中使用的橡皮筋的相关问题进行探讨，笔者发现在学习中不仅要为何要使用橡皮筋进行实验，还应对实验原理全面掌握。此外，经过中橡皮筋问题的探究，在对物理探究实验的学习中我们应不断拓宽思维，要善于发现实验之中的有价值的问题，并以此为中心进行深入探究，结合相关的理论知识对问题进行讨论以达到探究实验本身的教学目的。不仅要不断激发对物理知识的学习欲望，还要发散物理学习的思维，打开看待问题的视野不断拓宽对相关知识的认识深度并对其广度进行思考。通过这种方式不断养成自主学习的良好习惯，并不断培养主动研究、自主探索的意识和习惯，将枯燥的物理学习过程不断趣味化，真正实现学习上的独立发展。

参考文献

[1]陈怡.力的平行四边形定则实验中的橡皮筋问题探讨.[J].物理之友，2016（5）：31-33.

[2]谭程.验证力的平行四边形定则实验创新.[J].广东教育（高中版），2011（4）：42-44.

[3]周鹏.《探究求合力的方法》实验的深入思考.[J].新高考：高一物理，2014（10）：63-64.