量化“拱形的力量”实验

郑利军

Experiment of Quantifying “Arched Power”

ZHENG Lijun

（Changshan Huibu Central Primary School， Quzhou， Zhejiang 324213）

中图分类号：G424                文献标识码：A                 DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.041

拱形结构的特点是把受到的压力分解成向下的压力和向外的推力。学生在测试纸拱承重能力时，只能看到拱足向外推，但这个外推力究竟有多大却不得而知。我尝试把教材中的实验加以改进，通过量化的数据让学生真实地感受到拱形的外推力。

实验材料

木工板、卡纸、测力计、导轨、滑块、钩码等。

制作方法

1.将木工板切割成一块长100 cm、宽15 cm的木板，在木板的两头各钉上20 cm×15 cm的木板固定。

2.把长约60 cm的导轨用螺丝钉固定在木板中，把三个滑块放在导轨中，中间放一个，两端各放一个。

3.用卡纸制作成一个拱形，将拱形的拱足用双面胶固定在导轨两端的滑块上。

4.在纸拱的两端用锥子戳两个孔，用棉线穿过两个孔绑在测力计的两端，把测力计放在中间的滑块上。

使用方法

纸拱受力时会产生一个向下和向外的推力，当产生向外的推力时，会把实验装置中的测力计向两边拉伸，这时测力计的指针可以显示拱形受压时所产生的外推力。

实验一：没有抵住拱足，测试纸拱承受重物的能力，观察拱的外推力。实验中学生会发现，钩码压在拱顶，拱足在滑块上就会向外滑动，能清楚地看到纸拱所产生的外推力（如圖1）。

实验二：抵住拱足，测试纸拱承受重物的能力。在实验中会发现，在纸拱的拱足处抵住拱足，纸拱就能承受较大的重量（如图2）。

实验三：利用改进的器材测量纸拱产生的外推力，并验证纸拱的承重能力与抵住拱足的力的大小关系。

分别测量拱顶没有承受重物、放1个钩码重物和2个钩码重物时产生的外推力（如图3），并记录每次推力的大小。通过上面的实验发现，当拱承受压力时，测力计就会被拉伸，从而测出此时纸拱产生的外推力。根据实验数据得出结论：拱承受的压力越大，测力计显示的数值就越大，拱的外推力就越大。

实验优点

1.在纸拱下面加装测力计，用直观的数据让学生对拱形的外推力由定性感受转化为定量感知，让学生真实地感受到纸拱产生的外推力，从而培养学生的数据意识，促进他们对科学概念的理解。

2.在纸拱下面加装导轨和滑块，当拱足受到向外推力时，拱足和接触面会有较大的摩擦力，加装导轨和滑块会使摩擦力降低，能够直观地看到拱的外推力，使测量出来的数据更接近真实的外推力。

3.实验装置制作简单，操作方便，可以重复使用。