改進“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗

杜 展

(淮北市天一中學　安徽 淮北　235000)

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改進“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗

杜 展

(淮北市天一中學安徽 淮北235000)

摘 要：傳統教學上的“探究彈力和彈簧伸長的關系”實驗所得到的彈力與彈簧伸長的關系圖像不夠準確，得到的結論牽強附會．本文介紹利用力和位移傳感器改進實驗，方便準確，結論具有說服力．

關鍵詞：傳感器數據采集軟件彈簧

探究彈力和彈簧伸長的關系是人教版《高中物理·必修1》“彈力”的第二課時，是學生學習彈力的產生、有無的判斷和常見幾種彈力方向之后的一個探究性實驗．為胡克定律的學習打下了基礎，起到承上啟下、理論與實踐相結合的作用，也是培養學生探究式學習能力的一個很好機會．

1傳統的實驗局限性

如圖1為傳統實驗，它的局限性如下.

圖1

(1)受彈簧自身重力影響——彈簧在伸長時，測量的伸長量與實際值有偏差．

(2)彈簧長度讀數誤差較大，實驗只能選取勁度系數較大的彈簧．

(3)鉤碼標值不準確，實驗精度低——鉤碼的放置時間，直接影響重力的變化，而我們處理彈力時按照鉤碼標值來處理．

(4)受彈簧勁度系數、彈性限度和鉤碼的單個質量影響，采集數據不多——在彈簧的下端只能懸掛有限個鉤碼(往往4~5個)．

(5)增加鉤碼，彈簧出現振動，需要手動控制后，才能進行實驗．

(6)實驗數據處理過程緩慢，課堂反饋時間漫長——學生的好奇心未及時得到滿足．

2改進措施

2.1實驗器材

計算機，傳感器數據采集器，力傳感器，位移傳感器(發射和接收)，待測彈簧，一端帶滑輪的木板(或帶自鎖式手搖滑輪的木板)．

2.2操作步驟

圖2

(1)使力傳感器、接收位移傳感器固定在木板的兩端(如圖2)．

(2)將彈簧的一端連接位移傳感器，另一端連接發射位移傳感器．

通過細線連接發射位移傳感器，另一端通過定滑輪懸掛重物或自鎖式手搖滑輪．兩個位移傳感器之間距離的減少量就是彈簧的伸長量．保證力傳感器、位移傳感器、彈簧在同一條直線上運動．

(3)利用旋轉滑輪對彈簧施加力的作用，打開傳感器軟件，通過數據采集器將傳感器數據顯示在計算機上，顯示力F，位移s示數，將其初始狀態力與位移傳感器示數消零．若最大位移消零，位移傳感器的位移為負值，建立函數X=-s，式中X即可代表伸長量．

(4)點擊軟件中建立表格，自然生成記錄表格．

(5)轉動滑輪，點擊記錄數據，表格記錄對應數據．

(6)重復步驟(5)，記錄8~10組數據，通過記錄的數據，點擊軟件中繪制圖像，即可得到F與X的圖像，通過圖像即可得到彈力和彈簧伸長的關系．

3實驗特點

(1)基本消除彈簧自身重力影響，測出形變量與實際值接近．

(2)位移和力傳感器測量數據較為準確，數據誤差小．

(3)實驗中可以測量勁度系數較小的彈簧．

(4)記錄數據的組數可以根據需要增加，數據充分，結論具有說服力．

(5)實驗原理和操作簡單，也可以更換彈簧重新操作實驗，加深對彈簧勁度系數的理解．

(6)學生可以分組在傳感器實驗室進行操作，記錄、分析、處理快，能夠及時反饋實驗結果，體現科學的無窮魅力．

4改進點

(1)細線通過自開的限位槽連接發射位移傳感器，另一端通過帶槽滑輪連接重物，牽引發射位移傳感器運動，這樣可以保證在測量中，兩個位移傳感器、彈簧在同一條直線上，位移傳感器的距離減小量就是彈簧的伸長量，

(2)保證發射位移傳感器運動中不晃動，保持穩定性，可在其上側增加配重．

(3)發射位移傳感器在細線的拉力、靜摩擦力、彈簧的彈力作用下可在測量區域內處于靜止狀態．

(4)利用自鎖式手搖滑輪來牽引發射位移傳感器，實驗更加方便．

在本節實際教學中可以適用以小組為單位，先后操作傳統與創新實驗，進行比較，這樣可以激發學生的學習興趣，提高學習、分析能力，進而樹立科學的探索精神．

(收稿日期：2015-10-14)