郜建輝

博文是一名喜歡思考的學(xué)生。有一天。他整理了以“力”作為關(guān)鍵詞的成語(yǔ)。當(dāng)他整理出力透紙背、力不從心、齊心協(xié)力等成語(yǔ)后，發(fā)現(xiàn)有的成語(yǔ)能夠很好地表達(dá)“力的效果”，而有的成語(yǔ)只是形容了“力的情況”，于是。他去找好朋友小強(qiáng)商量。

此時(shí)的小強(qiáng)正在為《墨經(jīng)》中的一句“力，形之所以?shī)^也”而百思不得其解。博文說(shuō)明了來(lái)意，兩人都有些困惑，博文想到了物理老師在課上講過(guò)力的概念，就問(wèn)小強(qiáng)：“一個(gè)物體如果受到了力的作用，會(huì)有什么事情發(fā)生？”

小強(qiáng)答道：“這可不好說(shuō)。物體可能會(huì)變形，也可能沒(méi)變化：不動(dòng)的物體可能動(dòng)起來(lái)。也可能不動(dòng)；動(dòng)的物體可能變快或變慢。也可能拐彎，總之很復(fù)雜?！辈┪南肓讼胝f(shuō)：“不如我們?nèi)?wèn)問(wèn)老師，看他能給我們什么建議?！?/p>

于是博文和小強(qiáng)找到了郜老師。說(shuō)明了他們的想法后，郜老師說(shuō)：“你們可以把想到的情況分為兩種來(lái)研究，一種情況是研究物體在受到力的作用后其形狀會(huì)發(fā)生什么變化。另一種情況是研究物體在受到力的作用后其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生什么變化?！?/p>

博文和小強(qiáng)聽后很受啟發(fā)，決定先研究“物體在受到力的作用后其形狀會(huì)發(fā)生什么變化”的情況，他們找來(lái)一塊橡皮泥、一支激光筆、兩個(gè)帶支架的小鏡子、一個(gè)健身用的啞鈴、一張小桌子。

小強(qiáng)拿起橡皮泥說(shuō)：“我是這樣想的，當(dāng)我用力捏這塊橡皮泥時(shí)，它會(huì)變形，所以我認(rèn)為，力的作用效果是能讓物體發(fā)生明顯的形變，”但過(guò)了一會(huì)兒，他又自言自語(yǔ)：“可是如果把啞鈴放在桌子上，明明有壓力作用，并沒(méi)有看到桌面發(fā)生形變呀！”

博文一邊擺放著儀器，一邊回答小強(qiáng)：“這一點(diǎn)我已經(jīng)考慮到了，你按照我畫的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？茨馨l(fā)現(xiàn)什么?！?/p>

小強(qiáng)于是按照博文的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖（如圖1），與博文一起擺放好儀器，當(dāng)他們把啞鈴放在桌面中央時(shí)，發(fā)現(xiàn)激光筆通過(guò)兩個(gè)小鏡子反射到墻面的光點(diǎn)位置發(fā)生了移動(dòng)。

博文說(shuō)：“啞鈴對(duì)桌面的壓力是有作用效果的，只是桌面發(fā)生的形變十分微小，用肉眼不易觀察到，我們用這個(gè)實(shí)驗(yàn)看到的光點(diǎn)位置變化可以說(shuō)明，桌面發(fā)生了微小的形變，這種方法在物理實(shí)驗(yàn)中稱為放大法。”

小強(qiáng)驚嘆道：“太神奇了！”博文接著說(shuō)：“通過(guò)你做的實(shí)驗(yàn)和我們剛才做的這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以說(shuō)明物體在受到力的作用后是會(huì)發(fā)生形變的?！?/p>

“研究完第一種情況，我們?cè)賮?lái)研究第二種情況吧。我們知道力可以讓物體‘由靜到動(dòng)，那對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體，當(dāng)其受到力的作用時(shí)，會(huì)有什么效果？”小強(qiáng)急切地問(wèn)。博文說(shuō)：“我還準(zhǔn)備了一些實(shí)驗(yàn)器材。”

于是，博文又找出了一個(gè)帶支架的實(shí)驗(yàn)臺(tái)、一個(gè)小鐵球、一塊秒表和一個(gè)條形磁鐵。然后他邊做實(shí)驗(yàn)邊對(duì)小強(qiáng)解釋道：“我先將小鐵球放到支架的頂端。讓它由靜止?jié)L下（如圖2），用秒表記下小鐵球到達(dá)指定位置的時(shí)間t1；再在指定位置放一個(gè)條形磁鐵，磁鐵的一個(gè)磁極對(duì)準(zhǔn)小鐵球，讓小鐵球從支架頂端由靜止?jié)L下，用秒表重新記下小鐵球到達(dá)指定位置的時(shí)間t2。結(jié)果是t2小于t1，說(shuō)明磁鐵對(duì)小鐵球的引力會(huì)加快它運(yùn)動(dòng)的速度。這就是說(shuō)，對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物體，力的作用效果是可以改變運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)速度?！?/p>

小強(qiáng)想了想說(shuō)：“如果把條形磁鐵放在小鐵球運(yùn)動(dòng)路線的一側(cè)呢？”博文說(shuō)：“我們可以按你的想法進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)！”通過(guò)實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)小鐵球的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生了變化（如圖3）。于是，他們又得出了一個(gè)結(jié)論：力的另一種作用效果是可以改變運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)方向。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)了力的作用效果后，博文和小強(qiáng)興奮地去找郜老師分享他們的結(jié)論。郜老師肯定了他們基于實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論的科學(xué)態(tài)度，并進(jìn)一步補(bǔ)充說(shuō)：“你們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到‘力可以使物體發(fā)生形變‘力可以改變物體運(yùn)動(dòng)的速度和方向都是對(duì)的，但物理學(xué)中一般把物體的靜止與運(yùn)動(dòng)，以及運(yùn)動(dòng)的速度與方向統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣，我們就可以把實(shí)驗(yàn)結(jié)論總結(jié)為‘力的作用效果是可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或可以使物體發(fā)生形變。”

郜老師建議博文和小強(qiáng)繼續(xù)探究一下影響力的作用效果的因素有哪些。博文和小強(qiáng)進(jìn)行了一番商量后，就又分頭準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材了，不一會(huì)兒，他們找到兩個(gè)一樣的空飲料瓶、一把刻度尺、兩塊相同的方海綿、一個(gè)方木塊、幾個(gè)螺絲釘、一些細(xì)繩和足夠多的水。下面是博文和小強(qiáng)開展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程：

博文和小強(qiáng)猜想影響力的作用效果的因素可能跟力的三要素有關(guān)，于是，他們進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)1：如圖4，小強(qiáng)先在兩個(gè)空飲料瓶中裝入不同質(zhì)量的水，然后將兩個(gè)飲料瓶分別放在兩塊相同的方海綿上。待穩(wěn)定后，博文用刻度尺粗略測(cè)出兩塊方海綿的形變程度。

實(shí)驗(yàn)后，博文說(shuō)：“通過(guò)粗略測(cè)量的數(shù)據(jù)可以得出。瓶中的水越多，方海綿所受的壓力越大。形變就越明顯?！毙?qiáng)馬上補(bǔ)充說(shuō)：“力作用的方向和位置一定要保持不變。”

由此，博文和小強(qiáng)通過(guò)交流得出了實(shí)驗(yàn)1的結(jié)論：力的作用效果與力的大小有關(guān)，當(dāng)力的方向和作用點(diǎn)不變時(shí)，力越大，物體發(fā)生的形變?cè)矫黠@。

實(shí)驗(yàn)2：如圖5，小強(qiáng)先在方木塊的側(cè)面A處擰1個(gè)螺絲釘，然后系上細(xì)繩。當(dāng)水平向右用很小的力拉細(xì)繩時(shí)，木塊靜止不動(dòng)；當(dāng)改用很大的力拉時(shí)，木塊水平向右運(yùn)動(dòng)。

由此，博文和小強(qiáng)得出了實(shí)驗(yàn)2的結(jié)論：力的作用效果與力的大小有關(guān)，當(dāng)力的方向和作用點(diǎn)不變時(shí)，不同大小的力作用在物體上，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)不同。

實(shí)驗(yàn)3：如圖6，小強(qiáng)先在方木塊側(cè)面A處的螺絲釘上系兩根細(xì)繩，然后分別用大小相同、方向不同的兩個(gè)力拉兩根細(xì)繩，發(fā)現(xiàn)木塊運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)是不一樣的：沿AC水平向右拉，木塊水平向右運(yùn)動(dòng)；沿AD方向拉，木塊轉(zhuǎn)動(dòng)。

由此，博文和小強(qiáng)通過(guò)交流得出了實(shí)驗(yàn)3的結(jié)論：力的作用效果與力的方向有關(guān)，當(dāng)力的大小和作用點(diǎn)不變時(shí)，力的方向不同，物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)也會(huì)不同。

實(shí)驗(yàn)4：如圖7。小強(qiáng)先在方木塊的側(cè)面擰上兩個(gè)螺絲釘，其中A處為側(cè)面的中心，B處靠近側(cè)棱，然后在兩個(gè)螺絲釘上各系一根細(xì)繩。當(dāng)用水平向右的力拉A處細(xì)繩時(shí)，木塊水平向右運(yùn)動(dòng)：當(dāng)用水平向右、大小不變的力拉B處細(xì)繩時(shí)，木塊轉(zhuǎn)動(dòng)。

由此，博文和小強(qiáng)通過(guò)交流得出了實(shí)驗(yàn)4的結(jié)論：力的作用效果與力的作用點(diǎn)有關(guān)，當(dāng)大小不變、方向相同的力作用在物體的不同位置時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)也會(huì)不同。

通過(guò)以上四個(gè)實(shí)驗(yàn)，博文和小強(qiáng)探究出了影響力的作用效果的因素是力的三要素，同時(shí)，小強(qiáng)也弄明白了《墨經(jīng)》中那句“力，形之所以?shī)^也”的意思，那就是“力是使有形的物體發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變的原因”。