一把刻度尺能做些什么实验

摘 要：如何提升学生的创新能力，如何积极地开设、实施校本课程，提供了一个很好的案例。一把刻度尺，能做些什么实验？提升学生的创造力并非就得有豪华的实验室，精密的实验器材，关键是教师首先要创新教学方法，学生的创造力是无限的。

关键词：刻度尺；创新；实验

在我校的学科活动和社团活动课程中，我们开设了一门趣味物理实验课，学期结束考核时，依据重在培养学生创新能力的课程目标和课程性质，我们命制了这样的一个开放性题目：给你一把刻度尺，能做些什么实验？我们预设了若干可能的情况，但课上学生用刻度尺能完成的实验远远超出了我们的想象，在后半节课的交流中，多次响起学生自发的掌声。现将师生对这一问题的思考报告如下，非常感谢学生们非常有创造力的一些想法！

那么，一把刻度尺能做些什么实验呢？

一、测长度

用刻度尺测物体的长度，学生说到的比较少，可能学生认为太简单了，但这是刻度尺使用的根本点，学生若能将使用刻度尺的注意事项，读数的要求说清楚，我们认为也是很好的。

实际上，学生关注到了刻度尺的一些特殊使用方法。如，测微小长度（如纸的厚度）的累积法；用直尺测量曲线长度的等效替代法；测量圆锥体的高、测量球体直径的平移法；测量细洞深度的化暗为明法等等。

二、测反应时间

请一位同学用两个手指捏住木尺顶端，如图1所示，你用一只手在木尺下部做握住木尺的准备，但手的任何部位都不要碰到木尺。当看到那位同学放开手时，你立即握住木尺。测出木尺降落的高度，根据自由落体运动的知识，可以算出你的反应时间。

测反应时间是匀变速直线运动的规律在生活中的一个应用，对实验器材要求很简单，但却可以研究我们自认为不可思议的问题，这样既加深了学生对物理规律的理解，又能够激发学生学习物理的兴趣。

三、研究摩擦力

一同学捏着尺子的中间位置，另一同学用力把尺子抽出。如果加大左手捏尺子的力度，再来抽尺子，你会发现什么现象？你能得到什么结论？如果在左手捏尺的拇指上撒上一些粉笔灰，这时候再来抽尺子，你又会发现什么现象，你又能得到什么结论？如果捏在尺子有刻痕的位置上，结果怎样？如果是在捏直尺的拇指上抹点油呢？结果又会怎样？

还有一个趣味实验，用左、右手的食指架住直尺如图2所示，

两指向中间移去，你会发现一个奇异现象……这个实验可说明静摩擦力大小和正压力的关系，课堂教学中让学生动一动手，效果非常好。

四、研究力的三要素

用刻度尺可以使对力的三要素研究变成人人动手的实验探究课。如图3所示，将一薄钢尺的下端固定，分别用不同的力去推它，使其发生如图a、b、c、d中所示的各种形变，使F1=F3=F4>F2，那么，图a和图b能说明力的作用效果跟力的大小有关；图a和图c能说明力的作用效果跟力的方向有关；图a和图d能说明力的作用效果跟力的作用点有关。

五、研究形变和弹力

在学习弹力一课时，刻度尺是非常好的教具。教师可带领学生用刻度尺研究形变、研究形变的大小与弹力的关系等等，这可使课堂很活跃，教学很生动。

六、研究弹性势能

将直尺弯曲，在直尺的末端放上一个粉笔头，释放直尺，粉笔头就会被尺子弹起。从能量的角度来看，尺子的弹性势能转化为了粉笔头的动能，之后粉笔头的动能又转化为了重力势能，也就说粉笔头上升的高度能反映出尺子弹性势能的大小。通过实验，学生不难发现弹性势能与形变量之间的关系。

七、研究发声

用刻度尺研究声现象是学生说得最多的：

研究声音的产生。如图4中图a所示，尺子按在桌沿上，拨动时发出声音，不拨动就没有声音，说明声音由振动产生。

研究发声的音调。如图4中图a、b所示，将尺子按在桌沿上，伸出不同的长度，用同样的力拨动尺子，音调不同。伸出部分长，则振动慢，频率低，音调低。反之，音调高。

研究发声的响度。将尺子按在桌缘上，伸出同样的长度，用不同的力拨动尺子，响度不同。力度大，振幅大，响度大。反之，响

度小。

八、研究摩擦起电

摩擦起电是学生熟悉的，学生在课上演示了用塑料尺子和头发摩擦后也能吸引轻小物体，如图5所示，也即塑料尺子和头发摩擦后也带电。事后，我们用塑料尺子和许多物体摩擦后都能吸引轻小物体，这对学生认识摩擦起电的本质有很大的帮助。

九、研究杠杆的平衡

用一块橡皮泥把一支圆铅笔粘在火柴盒上，在铅笔上放一把尺子，如图6所示，小心地使两端保持平衡。把一枚硬币放在尺子的一端，再把两枚同样的硬币叠放在一起，放在尺子的另一端。小心地移动这两枚硬币，直到尺子保持平衡。仔细地分别量出硬币的中心到支点的距离。改变硬币的枚数，重复实验，会归纳出杠杆平衡条件。

十、利用阳光测楼房高度

利用阳光和刻度尺测楼房的高度理解难度是不大的，如图7中的a，但学生能在考核课这么短的时间内有这样的想法不简单，说明学生发散性思维的品质非常得好。

按照学生的这个思路，结合“利用余弦定理求角”的方法，我们可以用一把刻度尺求小河宽等一系列问题，如图7中的b。

十一、利用余弦定理求角度

这是学生想到的方法。任意的角度，一把刻度尺，测一测长度，利用余弦定理就可求出角度，太奇妙了！

十二、研究光的折射

这个问题学生给出下图8中的a图，虽然确定像的位置有一定难度，但和习惯上的利用玻璃杯测液体折射率的实验图8中的b图已经很近了，用刻度尺测出相关长度即可求出折射率。

十三、研究塑料的导热性能

如图9所示，将这把直尺放入热水中，与此同时再放入其他材料的物体，经过一段时间后，用手摸一摸直尺与其他物体，感受一下它们的温度，即可比较两物体导热性能的好坏。还可以用传感器测塑料尺不同位置的温度，探究影响塑料尺导热性能的因素。

十四、研究平抛运动

用一把枪对准目标靶上的A点射击，如图10中a所示，最终子弹打在了目标靶上的B点，用刻度尺量出枪口与目标靶的水平距离与A、B两点间的距离，如图10中b所示，就可以算出子弹出枪口的速度。在这里只要一把刻度尺而不需要任何计时工具就能测平抛物体的速度，这太神奇了！

十五、研究拱形桥

拱形桥是一个古老的故事，但现代许多梁的结构仍可看到它的身影，学生想到用刻度尺对拱形梁的力学特性进行探究是一个很有力度的思考。塑料刻度尺可弯成不同形状的拱形梁，如图11所示，学生提出了要探究它的承载力和θ的关系，这也是研究性学习非常好的课题。

十六、步幅与身高（脚长与身高）

这是一个社会学问题，学生想到了抓罪犯，从脚印判断罪犯的身高。用直尺分别量出课上每个同学的身高、足长、单步长，设计表格并将这些数据记录下来，比较分析这些数据可找到脚长与身高的统计学规律。学以致用，很不错。学生的思维发散能力和综合应用知识的能力是需要我们这样加强的。

上述实验方案中不包含刻度尺和其他仪器一起完成的实验，一些方案可能尚缺科学严谨性，但本次活动课的教学实践使我们认识到：提升学生的创造力并非就得有豪华的实验室和精密的实验器材，关键是教师要创新教学方法，要能设计出激发学生创新潜能的方法，学生的创造力是无限的，一把刻度尺可大有作为。

（作者单位 江宁高级中学）