教材课后题“旧弹簧测力计”引发的思考

湖北省武汉市光谷第二初级中学(430074) 黄 坤湖北省武汉市东湖新技术开发区龙泉中学(430204) 王 勇

1 问题的提出

在人教版物理教材8年级(下册)第8页课后“动手动脑学物理”作业的第3题：试分析一个旧弹簧测力计不能准确测量的原因。针对这一问题，笔者提出是不是“旧弹簧测力计”一定就不能准确测量呢？为什么“旧弹簧测力计”会测量不准确呢？

同时，在义务教育教科书《教师教学用书(物理)》中关于这一问题的解答是：旧弹簧使用时间长，已经失去弹性，不再满足“在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长”这一条件，因此无法准确测量。教参上给出的解答与教材中的问题并非对应，换言之就是“答非所问”，这是笔者提出的第二点。

2 “旧弹簧测力计”的辨析

对于“旧弹簧测力计”的理解，从学生的实际情况出发，由于是刚刚学习和接触弹簧测力计，最直接的感受就是使用旧了的弹簧测力计，比如说弹簧测力计外壳生锈了、弹簧测力计的弹簧生锈了、使用久了之后弹簧不能恢复到原来的形状(包括部分弹簧)等。教学过程中，教材中设计了实验环节，练习使用弹簧测力计，观察弹簧测力计的量程、分度值，检查指针应该调节到零刻度线。基于以上知识学习和操作要求，我们分别来分析这样的“旧弹簧测力计”是如何使用的。

以初中实验室常见的条形盒测力计为例，主要由圆环、弹簧、指针、刻度盘、拉杆和挂钩等构成。在长期的存放过程中，由于保存不当，使得弹簧测力计发生部分氧化，这里我们需要说清楚具体的实际情况：①如果是圆环、外壳或刻度盘外侧部分发生了氧化，形成了铁锈，那么在正常的竖立测向上拉力过程中，我们按照规范的使用方法进行测量，应该是可以得出准确的测量结果；②若弹簧发生了氧化，形成了铁锈，使得原来弹簧的有效部分变细了，弹簧的劲度系数k变小，换言之就是原来正常使用时测得1 N的拉力，现在用生锈的弹簧测力计来测1 N的拉力时，由胡克定律F=kx可知，弹簧的伸长量x变大，会使得测量拉力的数值偏大，从而造成测量结果不准确；③若指针和刻度盘之间存在锈渍，使得它们之间的摩擦力增大，这样测量向上拉力时，有F示数+f摩=F拉，使得读出弹簧测力计的示数F示数较实际F拉会偏小；④还有一种情形就是长期使用，所测的拉力超过弹簧测力计的弹性限度，导致弹簧老化使其弹性可能成了非线性的变化，通过校准检查可以使用的则可以准确测量，如果校准不过来就只能报废，否则就会使得测量结果不准确。

3 教师用书的参考答案

通过以上对教材提出的“旧弹簧测力计”的辨析可知，教师用书的参考答案中将“旧弹簧测力计”直接指定为“旧弹簧”，进一步强调是“已经失去弹性”，鉴于初中学生认知特点，所谓“失去弹性”在他们的理解就是弹簧被拉直了，不再是螺旋状，但是在实验室所见到的弹簧测力计，还没有发现弹簧被拉成直线状，同时我们也可想象得到，一旦弹簧测力计的弹簧被人为地拉成直线状，此时弹簧测力计的指针就已经直接接触到刻度盘的最大值，无法调零了，更谈不上使用该弹簧测力计了。若使用的条形盒弹簧测力计出现部分弹簧不能紧密接触，撤去外力后，弹簧无法恢复到第一次使用前的长度，即不再是弹性形变，即不遵循弹性形变的规律，而弹簧测力计之所以能用来测量拉力的大小，前提条件就是其内部的弹簧还遵循弹性形变的规律，否则就不能准确测量了。

中华人民共和国教育部制定的《义务教育物理课程标准(2011年版)》要求，通过常见事例或实验，了解弹力和用弹簧测力计测量力，正是基于以上内容的表述，初中物理教材中没有关于胡克定律的表述。人教版物理教科书中表述这一关系只是定性的叙述“在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长”，弹簧测力计的工作原理的表述也没有特别强调谁和谁成正比关系。在教师用书中对于这道问题也特别的给出了说明：在弹性限度内这一条件，是应用弹簧测量力的大小的前提，此题旨在考查学生对物理规律适用范围的认识。笔者认为，参考答案的考查是非常明晰的，但是教材问题中的“旧弹簧测力计”如何与“弹性限度内”进行对应，这对于初步掌握弹簧测力计知识的学生来说有些困难，甚至说学生都没有见过所谓的“旧弹簧测力计”，他们又怎样能够去理解“弹性限度内”这个抽象的概念呢？那么，我们在教材中设计这个问题的时候，是否可以考虑到学生实际情况来设计问题？

4 教材问题的改进建议

基于以上分析，笔者认为教材的问题需更具体，更具有指向性。因此，可设计为如下问题：甲、乙是2个同一批出厂的弹簧测力计，其中甲弹簧测力计的弹簧仍正常，而乙弹簧测力计的弹簧已经“变形”，有同学说将乙弹簧测力计的刻度盘调零后仍可准确测出拉力大小，请问这一说法对吗，为什么？

参考答案：不对，乙弹簧测力计的弹簧已经失去弹性，不再满足“在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长”,因此无法准确测量。