羅　微，代　偉，馬　蘭，黃　軍，李燕秋

(西華師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院,四川 南充 637002)

胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

羅微，代偉，馬蘭，黃軍，李燕秋

(西華師范大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院,四川 南充 637002)

摘要：利用自制胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)新課標(biāo)中“探究彈簧彈力與形變量之間的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置能直接在坐標(biāo)紙上繪出彈簧彈力與形變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)，通過(guò)擬合可得到F-x曲線，求擬合直線的斜率可求出被測(cè)彈簧的勁度系數(shù). 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與新課標(biāo)教材中描述的現(xiàn)象一致.

關(guān)鍵詞：胡克定律；彈力；形變量

1引言

新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出:新課程學(xué)習(xí)要以探究為核心. 隨著新課改的不斷深入,探究式教學(xué)模式越來(lái)越受到教師和學(xué)生的重視，在這一過(guò)程中,教學(xué)不再是單純地為了學(xué)習(xí)理論知識(shí)和基本操作技能,而是轉(zhuǎn)變成了以全面培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的新的教學(xué)模式. 新的教學(xué)模式同時(shí)提出了“知識(shí)與技能,過(guò)程與方法,情感態(tài)度與價(jià)值觀”的三維教學(xué)目標(biāo)的相互融合. 而物理又是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課堂教學(xué)重要組成和基礎(chǔ). 對(duì)于胡克定律實(shí)驗(yàn)探究教科版是采用彈簧豎直懸掛的方法進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn),而新課標(biāo)人教版教材中則把彈簧水平放置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其目的都是要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究觀察物理現(xiàn)象，得出物理規(guī)律.

2原胡克定律演示實(shí)驗(yàn)裝置存在不足

教科版中胡克定律的演示實(shí)驗(yàn)裝置采用彈簧豎直懸掛的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 當(dāng)彈簧豎直懸掛測(cè)量時(shí),由于彈簧自身重力的影響,實(shí)際上測(cè)的不是彈力與形變量的關(guān)系,而是彈簧彈力變化量與彈簧形變量之間的關(guān)系，對(duì)于教科版中的胡克定律的演示實(shí)驗(yàn)很多教師并沒(méi)有清楚地解釋這一問(wèn)題；新課標(biāo)人教版教材中胡克定律的演示實(shí)驗(yàn)是把彈簧水平放置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二者細(xì)微的變化其實(shí)反映的是實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)?nèi)容的問(wèn)題，彈簧水平放置測(cè)量的才是彈簧彈力與形變量的關(guān)系，但實(shí)驗(yàn)時(shí)如果將彈簧水平放置在桌面上拉動(dòng)就會(huì)有摩擦力存在,從而影響測(cè)量準(zhǔn)確性,同時(shí)如果作為演示實(shí)驗(yàn),彈簧水平放置在桌面上可觀察性也差，因此新課標(biāo)人教版教材中雖說(shuō)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行了改進(jìn),但沒(méi)有提供實(shí)物裝置照片,也給教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來(lái)了不便.

3胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

綜上，2種教材對(duì)于胡克定律的探究實(shí)驗(yàn)都存在一些不足，根據(jù)新課改中物理實(shí)驗(yàn)探究性的要求對(duì)胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn).

3.1　改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示. 儀器底座1由2根木方構(gòu)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(shí)驗(yàn)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(xì)線11相連，細(xì)線11分兩路走，一路跨過(guò)滑輪7與窗簾滑輪做成的滑輪小車9連接，穿過(guò)窗簾滑軌后跨過(guò)右邊的滑輪與砝碼鉤13連接. 細(xì)線另一路跨過(guò)滑輪7后經(jīng)過(guò)面板下方的2個(gè)滑輪后再繞過(guò)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(biāo)紙上找到彈簧彈力與彈簧形變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)，儀器是采用2根輕質(zhì)細(xì)桿的交叉點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，水平輕質(zhì)細(xì)桿4左端通過(guò)固定點(diǎn)A與彈簧連接，右端通過(guò)B點(diǎn)與細(xì)線11連接，當(dāng)彈簧向上被拉長(zhǎng)時(shí)水平輕細(xì)質(zhì)桿則向上移動(dòng)，其移動(dòng)量則代表彈力F的變化；豎直輕質(zhì)細(xì)桿6懸掛在滑輪小車9的下方，拉力增大時(shí)細(xì)線11拖動(dòng)滑輪小車9向右移動(dòng)，豎直輕質(zhì)細(xì)桿也跟隨小車向右移動(dòng)，其水平移動(dòng)量x則代表彈簧的伸長(zhǎng)量，此時(shí)兩桿的交點(diǎn)就是彈簧彈力與形變量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系點(diǎn)，依次增加砝碼的個(gè)數(shù)就可在坐標(biāo)紙上逐一描繪出F-x的對(duì)應(yīng)點(diǎn)來(lái).

1.儀器底座　2.彈簧支架　3.彈簧　4.水平輕質(zhì)桿5.坐標(biāo)紙　6.豎直輕質(zhì)桿　7.滑輪　8.立板9.滑輪小車　10.窗簾滑軌　11.細(xì)線　12.砝碼13.砝碼鉤圖1　胡克定律探究實(shí)驗(yàn)儀

3.2　實(shí)驗(yàn)探究

利用該胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究操作簡(jiǎn)單：首先將儀器調(diào)水平，以兩桿的初始交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，然后依次加砝碼(砝碼質(zhì)量50 g)，隨著砝碼個(gè)數(shù)的增加，水平和豎直細(xì)桿分別向上和向右移動(dòng)，利用鉛筆在坐標(biāo)紙上描繪出每次加砝碼后兩桿的交叉點(diǎn)，根據(jù)坐標(biāo)紙上的點(diǎn)就可以做出F-x的關(guān)系曲線.

表1是該實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖2是根據(jù)表1測(cè)量得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel自動(dòng)處理的結(jié)果. 從圖2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果可以看出,該胡克定律探究實(shí)驗(yàn)裝置穩(wěn)定性較好.

表1　探究彈簧彈力下與形變量的關(guān)系(m=50 g)

圖2　彈力F與彈簧形變量x的關(guān)系

3.3　實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

1)新課改中明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探究精神，該實(shí)驗(yàn)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(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和探究精神有幫助.

2)實(shí)驗(yàn)裝置中所用彈簧測(cè)力計(jì)和定滑輪都是學(xué)生之前學(xué)習(xí)過(guò)的實(shí)驗(yàn)用具，對(duì)其原理都很清楚，將它們進(jìn)行組合改造來(lái)制作胡克定律實(shí)驗(yàn)探究裝置，學(xué)生們會(huì)覺(jué)得既新鮮又熟悉，能夠引起學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)他們的積極性，從而到達(dá)提高教學(xué)效果的作用.

3)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程較教材中的2種方案更簡(jiǎn)單，儀器可面對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，演示效果好，操作也簡(jiǎn)便，還能通過(guò)改變砝碼的個(gè)數(shù)直接在坐標(biāo)紙上描出F-x的對(duì)應(yīng)點(diǎn)來(lái)，繼而畫(huà)出函數(shù)圖像，確定F與x的正比例關(guān)系.

4結(jié)束語(yǔ)

胡克定律是高中物理很重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)也是高考的難點(diǎn)，所以胡克定律的演示和實(shí)驗(yàn)探究在教學(xué)中的作用不可忽視. 而新課改中一

再?gòu)?qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要具有探究性，因此希望改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置能給教師和學(xué)生在教學(xué)和學(xué)習(xí)中一點(diǎn)啟示和幫助.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳熙謀，吳祖仁. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·物理(必修)1[M]. 北京：教育科學(xué)出版社，2004.

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[責(zé)任編輯：尹冬梅]

學(xué)習(xí)成績(jī)因素中的重要意義，其目的是推廣數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在高校得到進(jìn)一步的發(fā)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(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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(xué)物理與電子信息學(xué)院教授,學(xué)士，主要從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究.

作者簡(jiǎn)介：羅微(1990-)，女，四川達(dá)州人，西華師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院學(xué)科教育(物理)2014級(jí)碩士生，研究方向?yàn)閷W(xué)科教育.

收稿日期：2014-10-08

資助項(xiàng)目：西華師范大學(xué)服務(wù)基礎(chǔ)教育課改教研重點(diǎn)項(xiàng)目(No.403329)