圆盘式测力计的充分合理使用

周新雅 张钟文 周行

摘 要：中学物理实验中，除了合理使用常用的弹簧测力计之外，还要再提出圆盘测力计的功能和用途，并努力在中学物理实验的设计和教学中适时、合理地应用它。

关键词：圆盘测力计；弹簧测力计；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）2-0054-2

《普通高中物理课程标准修订稿》强调物理学科是基于观察与实验的自然学科领域中的一门基础学科，重视观察与实验对培养学生的核心素养至关重要。因此，实验仪器的合理选择和规范使用对学生核心素养的形成是十分重要的。

长期以来，由于在中学物理教学中测量力的工具常常使用平板式测力计、条形盒式测力计、圆筒测力计，而很少用圆盘测力计（图1）。因此，对圆盘测力计作一些介绍和宣传，唤醒仍处在“沉睡”中的测力计就显得尤为必要。

1 常用弹簧测力计

圆筒弹簧测力计、盒式弹簧测力计等几种弹簧测力计是当前初、高中物理教材里常常能见到的使用得最多的测力计，由于其原理简单，操作方便，所以被广大师生普遍使用，然而严格来说它们并不适合随处使用。通常它们比较适合在竖直方向上调零，进而测量这一方向上的重力、向下的拉力大小，而在其他方向上使用时难免遇到一些令人纠结的问题。主要有以下几个方面：

1.在水平方向、斜向使用时指针及弹簧与外壳之间的摩擦问题；

2.除在竖直方向上使用时方便调零外，在其他方向（水平、倾斜和倒置）上使用时的调零是它的一大硬伤。当弹簧测力计在水平方向摆放时，由于其自身重力的作用，秤钩和弹簧原本就做不到在水平方向呈一条直线地自由伸展，难以进行调零。

令人欣慰的是，常用圆筒弹簧测力计、条形盒式弹簧测力计等几种弹簧测力计的这些劣势恰恰是下面将要推荐使用的圆盘测力计的优势。

采用圆盘测力计，上述“问题”终于迎刃而解了。像这类的实验还有很多，如果使用圆盘测力计的话，将会起到很好的实验效果。在国外的中学物理教学中圆盘测力计被大量使用，例如，大家可以去网上搜一搜“Lesson 3-Newtons Second Law of Motion-Demonstrations in Physics”不难发现，国外一些人连重力的测量都是使用圆盘测力计的。而我们的老师往往在遇到测量力的大小问题时就像条件反射一样只会想到条形盒式弹簧测力计、圆筒式测力计。作为一名中学物理教师，应该要知道有这么一种实验仪器，并且能够灵活地选择合适的教学和实验用具。

2 圆盘测力计

圆盘测力计其实也是弹簧测力计的一种，它的原理也是胡克定律。只是它在设计上更加巧妙，使其在使用时功能更优于圆筒、条形盒式等弹性测力计。圆盘测力计的结构如图2所示[1]，在教学上的应用如下。

2.1 圆盘测力计用指针偏转角度大小显示力的大小和方向

圆盘测力计上的示数不再以弹簧伸长的多少来表示，而是转化为指针的偏转角度大小来反映。圆盘测力计的大圆刻度盘和长指针可以有效增大可见度和直观性。原本只能在单向（竖直方向）拉伸使用前面提到的弹簧测力计，现在改用圆盘测力计就可以灵活地应用于水平、斜向、反向上来测各个方向的力。在一些新颖的教学设计和教具制作比赛中，圆盘测力计是十分受欢迎的。

例1 在斜面上物体重力的分解这一探究问题上，教师可以借用圆盘测力计自制力的分解实验仪（如图3所示），用圆盘测力计同时显示力的大小和拉力、压力的方向。

同时显示力的大小和拉力、压力的方向

2.2 突破测力单向性问题

圆盘测力计的中心由齿轮和齿条咬合两边，由两个弹簧拉住两头，使其既可以測拉力，也可以测压力，有效突破单向测力问题。

例2 在探究压力的作用效果与哪些因素有关的实验中，就可以利用圆盘测力计不仅可以测量拉伸的力还可以测量压缩的力的特点来进行实验探究，还可以用圆盘测力计和橡皮泥来进行实验演示。

如图4所示是用圆盘测力计对橡皮泥施压，压力的大小从圆盘充分动态显现，在橡皮泥上留下的痕迹无声地说明了它曾经的被压经历，压力的作用效果得以有效保留，便于进一步对比分析，实验效果出奇得好。仅就这一点是圆筒弹簧测力计、盒式弹簧测力计所望尘莫及的。

以上是对圆盘测力计结构功能的分析和相关的教学应用举例，由此可以看出圆盘测力计真的可以给物理教学带来极大的便利和无可挑剔的测力过程。

3 结束语

现如今平板式演示测力计、条形盒式测力计、圆筒测力计在物理教学中的使用已经相当普遍，不仅是由于其结构简单，使用方便，更大一部分原因可能还是由于思维定势使得大家只要是测量力便会首先想到使用这些测力计。

估计许多学校早就有这类测力计，它一直被尘封在实验室的某个角落里，是时候把它翻出来发挥其应有的作用了。打开视野大胆地接受新知，就不会存在一些教师想不到使用它？甚至一些在一线教了很多年物理的教师连圆盘测力计都没有见过，更别说会用它们了。这种状况应该改变。

测量力的工具有多种多样，需要教师们突破定势思维，充分发挥各种测力计应有的作用，用最合适的测力工具去解决实际教学中的最适合解决的问题。特别应该重视圆盘测力计的使用，不要让这么一件宝贝长期躺在仪器堆里“不见天日”。如果能够因时因地选择使用它，将会使测量力的工具的使用更加趋于合理，一些实验设计更为科学有效，更加有利于广大师生物理学科核心素养的养成。

参考文献：

[1]周雨婷，周新雅.突破思维定势解决弹簧测力计的使用误区[J].中学物理，2016，34（12）：20-21.

（栏目编辑 王柏庐）