胡克定律探究实验装置的改进

罗　微，代　伟，马　兰，黄　军，李燕秋

(西华师范大学 物理与电子信息学院,四川 南充 637002)

胡克定律探究实验装置的改进

罗微，代伟，马兰，黄军，李燕秋

(西华师范大学 物理与电子信息学院,四川 南充 637002)

摘要：利用自制胡克定律探究实验装置对新课标中“探究弹簧弹力与形变量之间的关系”实验进行了改进，改进后的实验装置能直接在坐标纸上绘出弹簧弹力与形变量之间的对应关系点，通过拟合可得到F-x曲线，求拟合直线的斜率可求出被测弹簧的劲度系数. 改进后的实验装置得出的实验结果与新课标教材中描述的现象一致.

关键词：胡克定律；弹力；形变量

1引言

新课程标准明确提出:新课程学习要以探究为核心. 随着新课改的不断深入,探究式教学模式越来越受到教师和学生的重视，在这一过程中,教学不再是单纯地为了学习理论知识和基本操作技能,而是转变成了以全面培养学生科学素质为目标的新的教学模式. 新的教学模式同时提出了“知识与技能,过程与方法,情感态度与价值观”的三维教学目标的相互融合. 而物理又是一门以实验为基础的学科，所以实验教学是物理课堂教学重要组成和基础. 对于胡克定律实验探究教科版是采用弹簧竖直悬挂的方法进行探究实验,而新课标人教版教材中则把弹簧水平放置进行实验，其目的都是要求学生通过实验探究观察物理现象，得出物理规律.

2原胡克定律演示实验装置存在不足

教科版中胡克定律的演示实验装置采用弹簧竖直悬挂的方法进行实验, 当弹簧竖直悬挂测量时,由于弹簧自身重力的影响,实际上测的不是弹力与形变量的关系,而是弹簧弹力变化量与弹簧形变量之间的关系，对于教科版中的胡克定律的演示实验很多教师并没有清楚地解释这一问题；新课标人教版教材中胡克定律的演示实验是把弹簧水平放置进行实验，二者细微的变化其实反映的是实验测量内容的问题，弹簧水平放置测量的才是弹簧弹力与形变量的关系，但实验时如果将弹簧水平放置在桌面上拉动就会有摩擦力存在,从而影响测量准确性,同时如果作为演示实验,弹簧水平放置在桌面上可观察性也差，因此新课标人教版教材中虽说对该实验的方式进行了改进,但没有提供实物装置照片,也给教师的实验设计带来了不便.

3胡克定律探究实验装置的改进

综上，2种教材对于胡克定律的探究实验都存在一些不足，根据新课改中物理实验探究性的要求对胡克定律探究实验装置进行了改进.

3.1　改进后的实验装置

改进后的胡克定律探究实验装置如图1所示. 仪器底座1由2根木方构成，在木方的下方安装胶垫底座. 弹簧支架2固定在立板8上，在本仪器中实验用弹簧3采用倒挂的方式安装在弹簧支架2上，弹簧3与细线11相连，细线11分两路走，一路跨过滑轮7与窗帘滑轮做成的滑轮小车9连接，穿过窗帘滑轨后跨过右边的滑轮与砝码钩13连接. 细线另一路跨过滑轮7后经过面板下方的2个滑轮后再绕过面板右上方的滑轮后也与砝码钩13连接. 在砝码钩上加减砝码12可改变弹簧的弹力. 为了能直接在坐标纸上找到弹簧弹力与弹簧形变量之间的对应关系点，仪器是采用2根轻质细杆的交叉点来实现，水平轻质细杆4左端通过固定点A与弹簧连接，右端通过B点与细线11连接，当弹簧向上被拉长时水平轻细质杆则向上移动，其移动量则代表弹力F的变化；竖直轻质细杆6悬挂在滑轮小车9的下方，拉力增大时细线11拖动滑轮小车9向右移动，竖直轻质细杆也跟随小车向右移动，其水平移动量x则代表弹簧的伸长量，此时两杆的交点就是弹簧弹力与形变量之间的对应关系点，依次增加砝码的个数就可在坐标纸上逐一描绘出F-x的对应点来.

1.仪器底座　2.弹簧支架　3.弹簧　4.水平轻质杆5.坐标纸　6.竖直轻质杆　7.滑轮　8.立板9.滑轮小车　10.窗帘滑轨　11.细线　12.砝码13.砝码钩图1　胡克定律探究实验仪

3.2　实验探究

利用该胡克定律探究实验装置进行实验探究操作简单：首先将仪器调水平，以两杆的初始交点为坐标原点，然后依次加砝码(砝码质量50 g)，随着砝码个数的增加，水平和竖直细杆分别向上和向右移动，利用铅笔在坐标纸上描绘出每次加砝码后两杆的交叉点，根据坐标纸上的点就可以做出F-x的关系曲线.

表1是该实验得到的相关实验数据，图2是根据表1测量得到的实验数据用Excel自动处理的结果. 从图2实验数据处理结果可以看出,该胡克定律探究实验装置稳定性较好.

表1　探究弹簧弹力下与形变量的关系(m=50 g)

图2　弹力F与弹簧形变量x的关系

3.3　实验装置的优点

1)新课改中明确提出要培养学生的创新精神和探究精神，该实验装置与教材中的胡克定律的演示装置完全不同，不拘泥于教材，对培养学生创新精神和探究精神有帮助.

2)实验装置中所用弹簧测力计和定滑轮都是学生之前学习过的实验用具，对其原理都很清楚，将它们进行组合改造来制作胡克定律实验探究装置，学生们会觉得既新鲜又熟悉，能够引起学生的兴趣，调动他们的积极性，从而到达提高教学效果的作用.

3)实验操作过程较教材中的2种方案更简单，仪器可面对学生进行实验探究，演示效果好，操作也简便，还能通过改变砝码的个数直接在坐标纸上描出F-x的对应点来，继而画出函数图像，确定F与x的正比例关系.

4结束语

胡克定律是高中物理很重要的一个知识点，同时也是高考的难点，所以胡克定律的演示和实验探究在教学中的作用不可忽视. 而新课改中一

再强调物理实验教学要具有探究性，因此希望改进后的实验装置能给教师和学生在教学和学习中一点启示和帮助.

参考文献：

[1]陈熙谋，吴祖仁. 普通高中课程标准实验教科书·物理(必修)1[M]. 北京：教育科学出版社，2004.

[2]人民教育出版社课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心. 普通高中课程标准实验教科书·物理(必修)1[M]. 北京：人民教育出版社，2004.

[3]吴登选. 胡克定律演示实验的改进[J]. 教学仪器与实验,2009,25(7):16.

[责任编辑：尹冬梅]

学习成绩因素中的重要意义，其目的是推广数据挖掘技术在高校教学实践中的应用，使数据挖掘技术在高校得到进一步的发展.

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

中图分类号：G633.7

文献标识码：A

文章编号：1005-4642(2015)03-0018-03

通信作者：代伟(1964-),男,四川遂宁人，西华师范大学物理与电子信息学院教授,学士，主要从事大学物理实验教学与研究.

作者简介：罗微(1990-)，女，四川达州人，西华师范大学物理与电子信息学院学科教育(物理)2014级硕士生，研究方向为学科教育.

收稿日期：2014-10-08

资助项目：西华师范大学服务基础教育课改教研重点项目(No.403329)