问题驱动下“探究求合力的方法”实验的再探究

周鹏

由于数学知识“向量和向量运算”还没有学习，我们还不知道求解两个力的合力的方法，所以高中物理教材中都是将求合力的方法作为探究实验来完成的：首先固定橡皮筋的一端，然后同时用两个弹簧测力计分别拉住系在橡皮筋另一端O点上的两个绳套，用大小和方向适中的力将O点拉到某一位置，并记下该位置，以及相应的两个拉力的大小和方向；接下来撤去一个测力计，只用一个测力计拉住绳套，仍将O点拉至原先记录的位置，并记下此时的拉力的大小和方向；最后进入探究的实质阶段，用图示法从记录的O点开始，在同一张图中作出所测定的三个拉力，从而最终“发现”二力合成的“平行四边形定则”。

本实验的第一个关键点在于要知道并能理解：为什么要分两次测出三个力的大小和方向，并要保证最终O点要位于同一点？这样做实际上是为了实现找合力的根本原理：等效，即两个力同时作用的效果，跟一个力单独作用时的效果相同。从而使我们确认，单独作用的那个力，就是我们要找的同时作用的两个力的合力，为下一步探究时找到求两个力的合力的方法奠定基础。

本实验的第二个关键点是要理解：为什么要作力的图示？为什么要作平行四边形？为了探究合力与分力的关系，就必须将各个力精确地表示出来，这样才可能更为直观和迅速地找到相应的内在规律。在画出相应的三个力的图示之后，在探究两个分力与合力的关系时，只要我们尝试着将合力的箭头端分别与两个分力的箭头端相连，就不难看出，此时我们所看到的形状几乎就是一个平行四边形；……