【摘 要】彈簧測力計是測量力的基本工具，在初中物理教學(xué)中使用率相當(dāng)高，如何正確使用彈簧測力計是實驗成功的關(guān)鍵。本文就彈簧測力計的校零問題進行了深入探討，討論辨析了彈簧測力計在豎直正放、水平橫放、豎直倒置等情形時的校零方法和原理，并分享了筆者在實驗教學(xué)中的意外發(fā)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】彈簧測力計;校零;初中物理

彈簧測力計是測量力的基本工具，使用時有一些明確的規(guī)范操作的要求。蘇科版物理八年級下冊第46頁以“信息快遞”的方式介紹了使用彈簧測力計時應(yīng)注意的一些事項，其中對彈簧測力計的校零是這樣要求的：測量前，應(yīng)檢查指針是否指在“ 0 ”刻度線上，若不在，應(yīng)校正到“ 0 ”點。教材圖例演示的是彈簧測力計最常見的豎直正放的情形，問題比較簡單，但實際教學(xué)中會涉及彈簧測力計平放、斜放甚至倒置的使用情形，此時還能按常規(guī)方法校零嗎？筆者發(fā)現(xiàn)有些教師在教學(xué)中對此存在一些誤區(qū)，本文就此問題進行了分類討論與辨析。

如圖1所示，彈簧測力計是由彈簧、指針、秤桿、秤鉤、刻度盤和拉環(huán)六部分組成的。取下刻度盤，可以看到彈簧的下端是與秤桿固定在一起的，不可活動，指針也與秤桿連成一體，而彈簧的上端則是套在拉環(huán)上，兩者不固定，所以彈簧和拉環(huán)之間有一定的活動空間。另外，秤鉤與秤桿相連，刻度盤與外殼緊密接觸，但刻度盤是可以上下移動的。以上就是彈簧測力計的基本構(gòu)造。

1? ?豎直正放使用彈簧測力計

在“探究重力大小與質(zhì)量的關(guān)系”（如圖2）的活動中，因為重力的方向總是豎直向下的，根據(jù)二力平衡的知識可知，重力的大小等于秤鉤（彈簧）對物體豎直向上的拉力，所以此處的彈簧測力計必須豎直正放使用。根據(jù)彈簧測力計的原理：在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與拉力成正比。因此，當(dāng)正確使用彈簧測力計時，其示數(shù)等于秤鉤上受到的拉力的大小[1]。

以圖2為例進行受力分析，以彈簧為研究對象，彈簧受到的豎直向下的力有兩部分：①彈簧、指針、秤桿和秤鉤的重力，記為 G彈簧 ;②秤鉤上受到的拉力，記為 F拉 ，其大小等于鉤碼的重量。

所以彈簧測力計的示數(shù)為：F示=G彈簧+F拉當(dāng) F拉=0 ，即不掛鉤碼時，F(xiàn)示'=G彈簧將上面兩式相減可得：F示-F示'=F拉 ，如果讓 F示'=0 ，那么就可得出 F示=F拉 ，即彈簧測力計的示數(shù)等于秤鉤上拉力的大小（鉤碼的重量）。所以，要取 F示'=0 ，即取彈簧在自身、指針、秤桿及秤鉤的重力作用下伸長時指針?biāo)傅奈恢脼?0 刻度，這樣就可以消除彈簧、指針、秤桿及秤鉤的重力對實驗的影響。

以上分析表明，彈簧測力計豎直放置時的校零方法是：手持拉環(huán)，如圖2所示，調(diào)整刻度盤使指針正好對準(zhǔn)零刻度線，即完成校零。

2? ?水平橫向使用彈簧測力計

在“探究影響滑動摩擦力大小的因素”活動中，要利用二力平衡間接測量摩擦力大小。實驗中，先讓木塊在水平木板上做勻速直線運動，所以拉力的方向必須是水平的，即彈簧測力計必須水平使用。

水平放置時，彈簧在水平方向上是沒有伸長量的，即彈簧處于自然長度。如果把彈簧處于自然長度時指針?biāo)诘奈恢枚?0 刻度，那么根據(jù)彈簧測力計原理可知，秤鉤上受到的拉力大小等于彈簧測力計的示數(shù)，即 F示=F拉 。不過，在實際操作的過程中，由于彈簧、指針、秤桿和秤鉤在重力作用下，會增大秤桿與外殼之間的摩擦力，所以在水平使用彈簧測力計時，應(yīng)盡量讓秤桿、秤鉤懸空，以減少摩擦力對實驗的影響。

分析表明，彈簧測力計水平放置時的校零方法是：將彈簧測力計水平放置在桌面上，調(diào)整刻度盤直至指針正好指在零刻度線上，即完成校零[2]。

3? ?豎直倒置使用彈簧測力計

根據(jù)彈簧測力計的原理，倒置時校零的目的也是使秤鉤上的拉力等于彈簧測力計的示數(shù)。筆者把教學(xué)中常用的幾種校零方法歸納如下。

3.1? 持殼校零

手直接拿著外殼，將彈簧測力計倒置，調(diào)節(jié)刻度盤使指針指在零刻度線。由于彈簧測力計中的彈簧是緊密繞制的，所以倒置時幾乎不會壓縮，但是彈簧的上端是套在拉環(huán)上的，且兩者之間有一定的活動空間，如圖1所示，因此測力計倒置時，彈簧本身會下移一定的距離且下移量不確定，由此這種持殼校零的方法有較大的誤差，不宜采用。

3.2? 倒提秤鉤校零

手提著秤鉤，將彈簧測力計倒置，再調(diào)節(jié)刻度盤使指針指在零刻度線上。這種校零方法是錯誤的，因為此時彈簧測力計的秤鉤已受到了手的拉力，但讀數(shù)卻為 0 。這種倒提秤鉤的校零方法會使測量值偏小，不宜采用。

3.3? 互拉校零

如圖3所示，將一只豎直正放校零后的彈簧測力計A豎直放置，其秤鉤與另一只彈簧測力計B的秤鉤對拉，當(dāng)靜止時，讀出彈簧測力計A的示數(shù)，其大小就等于彈簧測力計B的重力。然后調(diào)節(jié)彈簧測力計B的刻度盤使指針指示的值等于彈簧測力計A的示數(shù)，此時彈簧測力計B的示數(shù)即自身的重力。這種校零方式將彈簧測力計的自身重力體現(xiàn)在了彈簧測力計的讀數(shù)上，消除了彈簧測力計自身重力對實驗的影響，這種互拉校零的方法比較準(zhǔn)確。

3.4? “補償法”校零

除了“互拉法”校零，吉臨榮老師在他的文章《再談彈簧測力計使用前的校零》中介紹了一種比“互拉法”校零更為簡便、更易操作的方法——補償彈簧測力計自身重力的測量方法[3]，本文將其簡稱為“補償法”。具體操作如下：先將甲、乙兩彈簧測力計分別豎直正放校零，即拉環(huán)在上秤鉤在下時豎直校零，然后用彈簧測力計甲測出彈簧測力計乙的重力 G ，再將彈簧測力計乙以拉環(huán)在上秤鉤在下的方式放置，如圖4所示，此時繩子上受到的拉力 F 等于乙彈簧測力計的示數(shù) F′ 加上其自身的重力 G ，即 F=G+F′ 。

4? ?意外發(fā)現(xiàn)

筆者在實際操作過程中發(fā)現(xiàn)條形盒測力計水平校零后倒置使用測出的拉力，與互拉校零后使用測出的拉力非常接近。對于這個結(jié)果，筆者認(rèn)為絕不是巧合。因為水平校零后，手提秤鉤將彈簧測力計倒置時，如圖5所示，以秤鉤為研究對象，秤鉤上受到的拉力 F 的大小等于秤鉤、秤桿、指針和彈簧的重力（記為 G彈簧 ）加上拉環(huán)的重力（記為 G環(huán) ）。為什么要把拉環(huán)也算進去呢？因為彈簧是套在拉環(huán)上的，當(dāng)手提秤鉤倒置時，拉環(huán)的重力是作用在彈簧上的，所以秤鉤上的拉力 F=G彈簧+G環(huán) 。而互拉校零后彈簧測力計的示數(shù)等于其自身的重力（包括G彈簧 、 G環(huán) 、 G外殼 ），后者僅比前者多了外殼和刻度盤的重力。因為彈簧測力計的外殼和刻度盤都是塑料的，非常輕，所以水平校零與互拉校零這兩種不同的校零方式下測出的拉力的大小十分接近。

【參考文獻】

[1]張瑩，王玨，張秀美，等.談彈簧測力計的使用[J].物理通報.2019（8）.

[2]沙黎暉.“彈簧測力計”使用問題再探討[J].物理教學(xué).2019（2）.

[3]吉臨榮.“再談彈簧測力計使用前的校零”[J].中學(xué)物理.2017（12）.

【作者簡介】

歐燕秋（1981～），女，江蘇太倉人，本科，中小學(xué)一級教師。研究方向：中學(xué)物理教學(xué)。