關于胡克定律演示實驗的改進研究

常克義

摘 要 經過設計改進的胡克定律演示實驗的自制教具，可以利用在坐標紙上直接描點做出圖線，并通過不同彈簧進行實驗，在同一坐標系上做出描述不同“彈簧的勁度系數”的圖線，從而解決教材教法中的缺點和不足，提高教學效率。

關鍵詞 胡克定律；演示實驗；自制教具

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）09-0143-02

1 問題提出

“胡克定律”是高中物理力學知識的重要內容。在國內現有的各類教科書中關于“胡克定律”的教學都是通過演示實驗測量彈簧的形變量和對應的力，再利用作圖來分析、歸納總結彈力與形變量的關系。比如人教版高中《物理（必修1）》教材中給出的演示及作圖如圖1所示[1]。

首先，按照這種方法教學，對學生的要求較高，并受測量誤差的影響，會使學生對實驗的結論產生不同程度的疑惑；其次，學生對于“彈簧的勁度系數”概念缺乏直觀的認識與理解；再次，作為課堂演示實驗，利用測量彈簧的形變量的方法煩瑣，會占用大量的課堂教學時間，教學效果往往不佳。

為此，設計制作自制教具，通過直接描點做出圖線，并利用不同的彈簧進行實驗，在同一坐標系內做出描述不同“彈簧的勁度系數”的圖線，從而有效地解決了以上問題，提高了教學效率。

2 自制教具的設計原理及結構

設計原理 利用胡克定律，F=kx，在彈性限度內，彈力的大小F跟彈簧的形變量x成正比，且圖線的斜率表示彈簧的勁度系數。原理圖如圖2-1所示。在水平方向設置等間距的彈簧懸掛點（5個以上），以彈簧自然伸長的長度標記原點位置，并以水平方向為F軸，豎直方向為x軸，建立直角坐標系，將懸掛有鉤碼的彈簧分別懸掛在各懸掛點上，再在坐標紙上描點，做出擬合曲線進行分析。

實物結構 實物如圖2-2所示，豎直面板支架，支架上端水平設置等間距的彈簧懸掛點（5個以上）、坐標紙固定夾、重錘線。

3 實驗步驟及操作

4 實驗結果及結論

為了檢驗此自制教具的準確性，使用20 g鉤碼，按g=10 N/s2計算彈力F的大小。選用2支不同的彈簧進行實驗驗證，實驗得到兩條F-x圖線，如圖4所示。并得到結論：

1）彈簧的彈力與彈簧的伸長量之間呈線性關系，即彈簧的彈力與彈簧的伸長量成正比；

2）不同的彈簧所得直線的斜率不同，即表示不同的彈簧具有不同的勁度系數。

5 自制教具的優點

1）該自制教具可以直接通過實驗操作在坐標紙上描出點跡進行作圖，利用圖線得出直觀、準確的結論。

2）該自制教具可以使用多個不同彈簧重復實驗，在同一個坐標系上做出相對應的不同“勁度系數”的圖線，讓學生直觀認識“彈簧的勁度系數”的概念。

3）該自制教具可以直接使用坐標紙進行描點作圖，操作簡單快捷，節省課堂教學時間。