量化“拱形的力量”實(shí)驗(yàn)

鄭利軍

Experiment of Quantifying “Arched Power”

ZHENG Lijun

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

中圖分類號(hào)：G424??????????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???????????????? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.041

拱形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是把受到的壓力分解成向下的壓力和向外的推力。學(xué)生在測(cè)試紙拱承重能力時(shí)，只能看到拱足向外推，但這個(gè)外推力究竟有多大卻不得而知。我嘗試把教材中的實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)，通過(guò)量化的數(shù)據(jù)讓學(xué)生真實(shí)地感受到拱形的外推力。

實(shí)驗(yàn)材料

木工板、卡紙、測(cè)力計(jì)、導(dǎo)軌、滑塊、鉤碼等。

制作方法

1.將木工板切割成一塊長(zhǎng)100 cm、寬15 cm的木板，在木板的兩頭各釘上20 cm×15 cm的木板固定。

2.把長(zhǎng)約60 cm的導(dǎo)軌用螺絲釘固定在木板中，把三個(gè)滑塊放在導(dǎo)軌中，中間放一個(gè)，兩端各放一個(gè)。

3.用卡紙制作成一個(gè)拱形，將拱形的拱足用雙面膠固定在導(dǎo)軌兩端的滑塊上。

4.在紙拱的兩端用錐子戳兩個(gè)孔，用棉線穿過(guò)兩個(gè)孔綁在測(cè)力計(jì)的兩端，把測(cè)力計(jì)放在中間的滑塊上。

使用方法

紙拱受力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向下和向外的推力，當(dāng)產(chǎn)生向外的推力時(shí)，會(huì)把實(shí)驗(yàn)裝置中的測(cè)力計(jì)向兩邊拉伸，這時(shí)測(cè)力計(jì)的指針可以顯示拱形受壓時(shí)所產(chǎn)生的外推力。

實(shí)驗(yàn)一：沒(méi)有抵住拱足，測(cè)試紙拱承受重物的能力，觀察拱的外推力。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，鉤碼壓在拱頂，拱足在滑塊上就會(huì)向外滑動(dòng)，能清楚地看到紙拱所產(chǎn)生的外推力（如圖1）。

實(shí)驗(yàn)二：抵住拱足，測(cè)試紙拱承受重物的能力。在實(shí)驗(yàn)中會(huì)發(fā)現(xiàn)，在紙拱的拱足處抵住拱足，紙拱就能承受較大的重量（如圖2）。

實(shí)驗(yàn)三：利用改進(jìn)的器材測(cè)量紙拱產(chǎn)生的外推力，并驗(yàn)證紙拱的承重能力與抵住拱足的力的大小關(guān)系。

分別測(cè)量拱頂沒(méi)有承受重物、放1個(gè)鉤碼重物和2個(gè)鉤碼重物時(shí)產(chǎn)生的外推力（如圖3），并記錄每次推力的大小。通過(guò)上面的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拱承受壓力時(shí)，測(cè)力計(jì)就會(huì)被拉伸，從而測(cè)出此時(shí)紙拱產(chǎn)生的外推力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論：拱承受的壓力越大，測(cè)力計(jì)顯示的數(shù)值就越大，拱的外推力就越大。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

1.在紙拱下面加裝測(cè)力計(jì)，用直觀的數(shù)據(jù)讓學(xué)生對(duì)拱形的外推力由定性感受轉(zhuǎn)化為定量感知，讓學(xué)生真實(shí)地感受到紙拱產(chǎn)生的外推力，從而培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)意識(shí)，促進(jìn)他們對(duì)科學(xué)概念的理解。

2.在紙拱下面加裝導(dǎo)軌和滑塊，當(dāng)拱足受到向外推力時(shí)，拱足和接觸面會(huì)有較大的摩擦力，加裝導(dǎo)軌和滑塊會(huì)使摩擦力降低，能夠直觀地看到拱的外推力，使測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)更接近真實(shí)的外推力。

3.實(shí)驗(yàn)裝置制作簡(jiǎn)單，操作方便，可以重復(fù)使用。