關(guān)于胡克定律演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究

常克義

摘 要 經(jīng)過設(shè)計(jì)改進(jìn)的胡克定律演示實(shí)驗(yàn)的自制教具，可以利用在坐標(biāo)紙上直接描點(diǎn)做出圖線，并通過不同彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在同一坐標(biāo)系上做出描述不同“彈簧的勁度系數(shù)”的圖線，從而解決教材教法中的缺點(diǎn)和不足，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞 胡克定律；演示實(shí)驗(yàn)；自制教具

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2016）09-0143-02

1 問題提出

“胡克定律”是高中物理力學(xué)知識(shí)的重要內(nèi)容。在國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的各類教科書中關(guān)于“胡克定律”的教學(xué)都是通過演示實(shí)驗(yàn)測(cè)量彈簧的形變量和對(duì)應(yīng)的力，再利用作圖來分析、歸納總結(jié)彈力與形變量的關(guān)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(xué)，對(duì)學(xué)生的要求較高，并受測(cè)量誤差的影響，會(huì)使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論產(chǎn)生不同程度的疑惑；其次，學(xué)生對(duì)于“彈簧的勁度系數(shù)”概念缺乏直觀的認(rèn)識(shí)與理解；再次，作為課堂演示實(shí)驗(yàn)，利用測(cè)量彈簧的形變量的方法煩瑣，會(huì)占用大量的課堂教學(xué)時(shí)間，教學(xué)效果往往不佳。

為此，設(shè)計(jì)制作自制教具，通過直接描點(diǎn)做出圖線，并利用不同的彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在同一坐標(biāo)系內(nèi)做出描述不同“彈簧的勁度系數(shù)”的圖線，從而有效地解決了以上問題，提高了教學(xué)效率。

2 自制教具的設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)原理 利用胡克定律，F(xiàn)=kx，在彈性限度內(nèi)，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(shù)。原理圖如圖2-1所示。在水平方向設(shè)置等間距的彈簧懸掛點(diǎn)（5個(gè)以上），以彈簧自然伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度標(biāo)記原點(diǎn)位置，并以水平方向?yàn)镕軸，豎直方向?yàn)閤軸，建立直角坐標(biāo)系，將懸掛有鉤碼的彈簧分別懸掛在各懸掛點(diǎn)上，再在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，做出擬合曲線進(jìn)行分析。

實(shí)物結(jié)構(gòu) 實(shí)物如圖2-2所示，豎直面板支架，支架上端水平設(shè)置等間距的彈簧懸掛點(diǎn)（5個(gè)以上）、坐標(biāo)紙固定夾、重錘線。

3 實(shí)驗(yàn)步驟及操作

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

為了檢驗(yàn)此自制教具的準(zhǔn)確性，使用20 g鉤碼，按g=10 N/s2計(jì)算彈力F的大小。選用2支不同的彈簧進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)得到兩條F-x圖線，如圖4所示。并得到結(jié)論：

1）彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)量之間呈線性關(guān)系，即彈簧的彈力與彈簧的伸長(zhǎng)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(shù)。

5 自制教具的優(yōu)點(diǎn)

1）該自制教具可以直接通過實(shí)驗(yàn)操作在坐標(biāo)紙上描出點(diǎn)跡進(jìn)行作圖，利用圖線得出直觀、準(zhǔn)確的結(jié)論。

2）該自制教具可以使用多個(gè)不同彈簧重復(fù)實(shí)驗(yàn)，在同一個(gè)坐標(biāo)系上做出相對(duì)應(yīng)的不同“勁度系數(shù)”的圖線，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)“彈簧的勁度系數(shù)”的概念。

3）該自制教具可以直接使用坐標(biāo)紙進(jìn)行描點(diǎn)作圖，操作簡(jiǎn)單快捷，節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間。