突破思维定势解决弹簧测力计的使用误区

周雨婷 周新雅

弹簧测力计是中学物理中常用的测量力的大小的工具.测力计按形状分可以分为盒式测力计、圆筒测力计、圆盘测力计等.由于盒式测力计的原理简单、使用方便，在中学物理教学中广泛使用.然而，长期的教学过程中已经暴露出了盒式测力计的诸多使用误区.

1误区一：弹簧测力计的水平使用

沪粤版八年级下册第六章“探究滑动摩擦力大小”一节中有一个经典的实验案例.实验原理是通过控制木块作匀速直线运动使得拉力与摩擦力平衡，通过盒式弹簧测力计中的示数显示判断摩擦力的大小.尽管实验做了相应的改进——把盒式弹簧测力计的动态测量转化为静态测量，仍然不能避免其指针与外壳之间的摩擦.由此可见，盒式（或圆筒）测力计并不十分适合水平使用.

解决方案

采用力的传感器.传感器是数字化信息技术（DIS）中的一部分.其中传感器起到收集数据的作用，收集的数据通过计算机进行处理后经多媒体展示.改进后的实验采用固定传感器，拖动底下的接触面的方式.实验装置如图1所示.

此装置不仅能够解决盒式测力计的摩擦问题还能够反映静摩擦到滑动摩擦的变化过程.开始用较小的力拖动接触面，没拖动，传感器中反映出来的是静摩擦的大小.再逐渐增大拖动的力，直到被拖动过程中，观察图像可以发现两个重要结论：静摩擦力随外力增大；滑动摩擦力会略小于最大静摩擦力.

2误区二：弹簧测力计的倒置使用

沪粤版物理八年级下册第六章“探究滑轮作用”一节中的活动2探究定滑轮的特点中倒挂使用盒式弹簧测力计.苏科版物理九年级上册第十一章“简单机械和功”也两次出现了盒式弹簧测力计的倒置使用.倒置使用会出现弹簧测力计显示示数与钩码总重有偏差的现象.出现这种现象的原因是弹簧倒置使用没有调零.盒式的倒置调零问题要分两种情形：情形一既可以拉伸有可压缩的弹簧测力计可以倒置调零；情形二普通弹簧测力计用互挂的方式调零.但是不管如何调零，“倒置使用”始终违背了盒式弹簧测力计的“正确使用方式”.

解决方案

换用圆盘测力计.圆盘测力计的中心由齿轮和齿条咬合两边由两个弹簧扯住两头，如图2所示.

这样的结构使得圆盘测力计不仅可以测拉力的大小而且可以测压力的大小.同时圆盘测力计弥补了弹簧测力计在使用上的不足，它可以在各个方向使用.

3误区三：弹簧测力计的倾斜使用

人教版高中物理必修一的3.4中的实验“探究求合力的方法”中，首先用两个盒式测力计分别向两边斜向下拉皮筋，再换用一个盒式测力计向下拉到同样的位置.由于之前两个力的作用效果和后面一个力的作用效果相同，可以认为前面两个力的合力就是后面那一个力，如图3所示.这种方法需要倾斜方向调零，同时实验过程中摩擦不可避免.同样我们可以尝试不同的解决方案.

解决方案

以下收集两种解决方案：方案一换用圆盘测力计.按照之前的思路，圆盘测力计在任意方向上使用，即可以尝试用圆盘测力计代替弹簧测力计，如图4所示.这种方法还可以验证三角形定则，或演示一些“三角架平衡”的合成分解实例.方案2现在已经有制作好的DISLab力的合成分解实验器，如图5所示，可以直接使用，操作简便.只是在教学中为了便于学生清楚认识实验原理，掌握实验方法，这种方法并不提倡使用.

如今盒式测力计在物理实验中的使用很是广泛.不仅是由于其结构简单，更重要的原因在于思维定势使得大家只要测力便想到盒式测力计.测力的工具千千万万，何不突破思维尝试找到最合适的工具解决物理教学中的难题.