胡克定律探究實驗裝置的改進

羅　微，代　偉，馬　蘭，黃　軍，李燕秋

(西華師范大學 物理與電子信息學院,四川 南充 637002)

胡克定律探究實驗裝置的改進

羅微，代偉，馬蘭，黃軍，李燕秋

(西華師范大學 物理與電子信息學院,四川 南充 637002)

摘要：利用自制胡克定律探究實驗裝置對新課標中“探究彈簧彈力與形變量之間的關系”實驗進行了改進，改進后的實驗裝置能直接在坐標紙上繪出彈簧彈力與形變量之間的對應關系點，通過擬合可得到F-x曲線，求擬合直線的斜率可求出被測彈簧的勁度系數. 改進后的實驗裝置得出的實驗結果與新課標教材中描述的現象一致.

關鍵詞：胡克定律；彈力；形變量

1引言

新課程標準明確提出:新課程學習要以探究為核心. 隨著新課改的不斷深入,探究式教學模式越來越受到教師和學生的重視，在這一過程中,教學不再是單純地為了學習理論知識和基本操作技能,而是轉變成了以全面培養學生科學素質為目標的新的教學模式. 新的教學模式同時提出了“知識與技能,過程與方法,情感態度與價值觀”的三維教學目標的相互融合. 而物理又是一門以實驗為基礎的學科，所以實驗教學是物理課堂教學重要組成和基礎. 對于胡克定律實驗探究教科版是采用彈簧豎直懸掛的方法進行探究實驗,而新課標人教版教材中則把彈簧水平放置進行實驗，其目的都是要求學生通過實驗探究觀察物理現象，得出物理規律.

2原胡克定律演示實驗裝置存在不足

教科版中胡克定律的演示實驗裝置采用彈簧豎直懸掛的方法進行實驗, 當彈簧豎直懸掛測量時,由于彈簧自身重力的影響,實際上測的不是彈力與形變量的關系,而是彈簧彈力變化量與彈簧形變量之間的關系，對于教科版中的胡克定律的演示實驗很多教師并沒有清楚地解釋這一問題；新課標人教版教材中胡克定律的演示實驗是把彈簧水平放置進行實驗，二者細微的變化其實反映的是實驗測量內容的問題，彈簧水平放置測量的才是彈簧彈力與形變量的關系，但實驗時如果將彈簧水平放置在桌面上拉動就會有摩擦力存在,從而影響測量準確性,同時如果作為演示實驗,彈簧水平放置在桌面上可觀察性也差，因此新課標人教版教材中雖說對該實驗的方式進行了改進,但沒有提供實物裝置照片,也給教師的實驗設計帶來了不便.

3胡克定律探究實驗裝置的改進

綜上，2種教材對于胡克定律的探究實驗都存在一些不足，根據新課改中物理實驗探究性的要求對胡克定律探究實驗裝置進行了改進.

3.1　改進后的實驗裝置

改進后的胡克定律探究實驗裝置如圖1所示. 儀器底座1由2根木方構成，在木方的下方安裝膠墊底座. 彈簧支架2固定在立板8上，在本儀器中實驗用彈簧3采用倒掛的方式安裝在彈簧支架2上，彈簧3與細線11相連，細線11分兩路走，一路跨過滑輪7與窗簾滑輪做成的滑輪小車9連接，穿過窗簾滑軌后跨過右邊的滑輪與砝碼鉤13連接. 細線另一路跨過滑輪7后經過面板下方的2個滑輪后再繞過面板右上方的滑輪后也與砝碼鉤13連接. 在砝碼鉤上加減砝碼12可改變彈簧的彈力. 為了能直接在坐標紙上找到彈簧彈力與彈簧形變量之間的對應關系點，儀器是采用2根輕質細桿的交叉點來實現，水平輕質細桿4左端通過固定點A與彈簧連接，右端通過B點與細線11連接，當彈簧向上被拉長時水平輕細質桿則向上移動，其移動量則代表彈力F的變化；豎直輕質細桿6懸掛在滑輪小車9的下方，拉力增大時細線11拖動滑輪小車9向右移動，豎直輕質細桿也跟隨小車向右移動，其水平移動量x則代表彈簧的伸長量，此時兩桿的交點就是彈簧彈力與形變量之間的對應關系點，依次增加砝碼的個數就可在坐標紙上逐一描繪出F-x的對應點來.

1.儀器底座　2.彈簧支架　3.彈簧　4.水平輕質桿5.坐標紙　6.豎直輕質桿　7.滑輪　8.立板9.滑輪小車　10.窗簾滑軌　11.細線　12.砝碼13.砝碼鉤圖1　胡克定律探究實驗儀

3.2　實驗探究

利用該胡克定律探究實驗裝置進行實驗探究操作簡單：首先將儀器調水平，以兩桿的初始交點為坐標原點，然后依次加砝碼(砝碼質量50 g)，隨著砝碼個數的增加，水平和豎直細桿分別向上和向右移動，利用鉛筆在坐標紙上描繪出每次加砝碼后兩桿的交叉點，根據坐標紙上的點就可以做出F-x的關系曲線.

表1是該實驗得到的相關實驗數據，圖2是根據表1測量得到的實驗數據用Excel自動處理的結果. 從圖2實驗數據處理結果可以看出,該胡克定律探究實驗裝置穩定性較好.

表1　探究彈簧彈力下與形變量的關系(m=50 g)

圖2　彈力F與彈簧形變量x的關系

3.3　實驗裝置的優點

1)新課改中明確提出要培養學生的創新精神和探究精神，該實驗裝置與教材中的胡克定律的演示裝置完全不同，不拘泥于教材，對培養學生創新精神和探究精神有幫助.

2)實驗裝置中所用彈簧測力計和定滑輪都是學生之前學習過的實驗用具，對其原理都很清楚，將它們進行組合改造來制作胡克定律實驗探究裝置，學生們會覺得既新鮮又熟悉，能夠引起學生的興趣，調動他們的積極性，從而到達提高教學效果的作用.

3)實驗操作過程較教材中的2種方案更簡單，儀器可面對學生進行實驗探究，演示效果好，操作也簡便，還能通過改變砝碼的個數直接在坐標紙上描出F-x的對應點來，繼而畫出函數圖像，確定F與x的正比例關系.

4結束語

胡克定律是高中物理很重要的一個知識點，同時也是高考的難點，所以胡克定律的演示和實驗探究在教學中的作用不可忽視. 而新課改中一

再強調物理實驗教學要具有探究性，因此希望改進后的實驗裝置能給教師和學生在教學和學習中一點啟示和幫助.

參考文獻：

[1]陳熙謀，吳祖仁. 普通高中課程標準實驗教科書·物理(必修)1[M]. 北京：教育科學出版社，2004.

[2]人民教育出版社課程教材研究所,物理課程教材研究開發中心. 普通高中課程標準實驗教科書·物理(必修)1[M]. 北京：人民教育出版社，2004.

[3]吳登選. 胡克定律演示實驗的改進[J]. 教學儀器與實驗,2009,25(7):16.

[責任編輯：尹冬梅]

學習成績因素中的重要意義，其目的是推廣數據挖掘技術在高校教學實踐中的應用，使數據挖掘技術在高校得到進一步的發展.

Improvement of Hooke law experiment device

LUO Wei, DAI Wei, MA Lan, HUANG Jun， LI Yan-qiu

(College of Physical and Electronic Information， China West Normal University,

Nanchong 637002, China)

Abstract:Using self-made Hooke law experiment device, the experiment of exploring the relationship between spring force and deformation was improved. The improved experimental device could depict directly the correlation curve between spring force F and deformation x on coordinate paper. By measuring the slope of the fitting line, the stiffness coefficient of the spring was obtained. The experimental results was consistent with the phenomenon described in the new curriculum materials.

Key words:Hooke law; elasticity; deformation

中圖分類號：G633.7

文獻標識碼：A

文章編號：1005-4642(2015)03-0018-03

通信作者：代偉(1964-),男,四川遂寧人，西華師范大學物理與電子信息學院教授,學士，主要從事大學物理實驗教學與研究.

作者簡介：羅微(1990-)，女，四川達州人，西華師范大學物理與電子信息學院學科教育(物理)2014級碩士生，研究方向為學科教育.

收稿日期：2014-10-08

資助項目：西華師范大學服務基礎教育課改教研重點項目(No.403329)