陳寶軍++周同仕

摘要：很多老師在使用彈簧測力計(jì)探究杠桿平衡條件時(shí)測得數(shù)據(jù)和理想情況差異很大，這是因?yàn)閺椈蓽y力計(jì)使用前的校零方法不對造成的.校零的目的是使彈簧測力計(jì)示數(shù)與秤鉤處拉力相等.校零時(shí)應(yīng)該在受力方向上調(diào)零.測不同方向的拉力，校零的方法有所不同.測豎直向下或者斜向下拉力前的校零，可采用“互拉法”.通過真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比證實(shí)，“互拉法”校零后實(shí)驗(yàn)比別的方法校零誤差要小得多.

關(guān)鍵詞：彈簧測力計(jì)；校零；不同方向拉力；互拉法；實(shí)例對比

作者簡介：陳寶軍（1973-），男，江蘇淮安，大學(xué)本科，高級教師，淮安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)開明中學(xué)物理教研組長，淮安經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)兼職物理教研員；周同仕（1955-），男，江蘇淮安，大學(xué)本科，高級教師，江蘇省特級教師，淮安市開明中學(xué)副校長.新學(xué)期開始，筆者聽了幾節(jié)九年級的物理課.在課堂上，學(xué)生用實(shí)驗(yàn)探究杠桿平衡條件時(shí)，測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與杠桿平衡條件差異較大，且大多是彈簧測力計(jì)對杠桿的拉力與對應(yīng)力臂的乘積明顯小于另一邊鉤碼對杠桿拉力與對應(yīng)力臂的乘積.對于這一差異的產(chǎn)生，有些老師也說不清原因，不能給學(xué)生一個(gè)合理的解釋，只含糊其辭地說是實(shí)驗(yàn)誤差.那么，這個(gè)誤差究竟是怎么產(chǎn)生的，有沒有什么辦法減小這種誤差呢？筆者認(rèn)為，只要解決了彈簧測力計(jì)使用前的“校零”問題，誤差就明顯減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)論就能與杠桿平衡條件更一致了.那么，彈簧測力計(jì)使用前為什么要校零，在不同的使用條件下又該怎樣校零呢？

1校零的目的

如圖1，用彈簧測力計(jì)測量物體的重力，其實(shí)質(zhì)是測量秤鉤對鉤碼的拉力.如果在掛鉤碼前，拉力為零，而指針已經(jīng)指在某一非零刻度，那么，掛了鉤碼后，其示數(shù)也一定不等于秤鉤對鉤碼的拉力.因此，校零的目的就是當(dāng)彈簧測力計(jì)秤鉤處拉力為零時(shí)，使其指針也指向零，進(jìn)而使測量拉力時(shí)指針?biāo)鶎?yīng)示數(shù)與拉力大小一致.

2校零的方法

用彈簧測力計(jì)測不同方向的拉力時(shí)，要使彈簧軸線方向與所測力方向一致，因而校零時(shí)，也應(yīng)在相應(yīng)的方向上進(jìn)行.下面將以實(shí)驗(yàn)室常用的條形盒測力計(jì)為例，分析測各方向的力時(shí)彈簧測力計(jì)校零方法.

2.1測豎直向上的拉力

初中物理教材中測重力、測對動(dòng)滑輪的拉力都是用彈簧測力計(jì)拉著物體豎直向上用力的.使用前校零方法如圖2，手持拉環(huán)，使彈簧測力計(jì)自由豎直懸掛，觀察指針?biāo)傅奈恢茫⑼ㄟ^上下微調(diào)刻度盤位置，使指針指在零刻度線處.

2.2測水平方向的拉力

在探究滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，要使用彈簧測力計(jì)測量物體在水平方向上勻速滑動(dòng)時(shí)拉力，根據(jù)二力平衡條件，也就得出了摩擦力的大小.如圖3，將彈簧測力計(jì)平放在水平桌面上，拉動(dòng)秤鉤和拉環(huán)，并逐漸撤銷拉力，使秤鉤和拉環(huán)都處于彈簧軸線上自然伸展?fàn)顟B(tài).觀察指針，調(diào)節(jié)刻度盤，使指針指在零刻度線處.

2.3測豎直向下的拉力

如本文開頭所說的課題，探究杠桿平衡條件時(shí)，要用彈簧測力計(jì)測量對杠桿向下的拉力，如圖4，這時(shí)應(yīng)該怎樣校零呢？

如圖5，將彈簧測力計(jì)倒置，手持彈簧測力計(jì)外殼（持拉環(huán)無法使其倒置），使彈簧測力計(jì)處于豎直方向，拉環(huán)自然下垂.理論上，此時(shí)通過移動(dòng)刻度板位置，也能實(shí)現(xiàn)校零的效果，但實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)：a、彈簧兩邊的定位孔較大，使彈簧伸縮間有一定自由度，導(dǎo)致明顯誤差；b、刻度盤移動(dòng)范圍有限，可能無法將零刻度線對準(zhǔn)指針.

如果將秤鉤倒掛，直接進(jìn)行校零，是否可行？如圖6，將彈簧測力計(jì)自由倒掛在杠桿上，此時(shí)，秤鉤處拉力根本不為零，所以指針在零刻度線處.仔細(xì)分析可知，此時(shí)秤鉤處拉力大小其實(shí)就等于彈簧測力計(jì)本身的重力大小.所以只要知道此彈簧測力計(jì)重力大小，即可調(diào)節(jié)刻度盤位置，使指針對準(zhǔn)其對應(yīng)刻度即可間接實(shí)現(xiàn)校零.

可靠又方便的方法，可稱為“互拉法”：另取一彈簧測力計(jì)乙，手持拉環(huán)，使其自由下垂，并校零，再將原彈簧測力計(jì)甲倒掛在彈簧測力計(jì)乙的秤鉤上，如圖7所示.讀出彈簧測力計(jì)乙的示數(shù)，即為彈簧測力計(jì)甲的重力大小.再移動(dòng)彈簧測力計(jì)甲刻度盤，使其示數(shù)與彈簧測力計(jì)乙示數(shù)相等，則校零成功.這時(shí)，再用校零成功的測力計(jì)甲完成探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)，誤差就很小了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也會(huì)很輕易地得到“F1L1=F2L2的結(jié)論.

2.4測斜向下的拉力

還是“互拉法”.如圖8所示，將彈簧測力計(jì)乙秤鉤向下放在斜面上，將秤鉤和拉環(huán)都展開，進(jìn)行校零.再如圖9所示，將彈簧測力計(jì)甲沿斜面倒掛在彈簧測力計(jì)乙上，兩手分別拉兩個(gè)彈簧測力計(jì)拉環(huán)使它們離開斜面并與斜面平行（避免與斜面摩擦），觀察并調(diào)節(jié)甲彈簧測力計(jì)示數(shù)，使其與乙的示數(shù)相等，即實(shí)現(xiàn)“用彈簧測力計(jì)測與斜面平行向下的拉力”的校零工作.

3不同方法校零實(shí)例對比

以下是筆者用兩種方法對彈簧測力計(jì)校零后，按圖4做“探究杠桿平衡條件”實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù).其中表1為將彈簧測力計(jì)倒掛，直接校零，再進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，得到的數(shù)據(jù)；表2為用“互拉法”對彈簧測力計(jì)進(jìn)行校零后，進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù).表1彈簧測力計(jì)倒掛直接校零后測得的數(shù)據(jù)

次序F1/NL1/cmF2/NL2/cmF1×L1/N.mF2×L2/N.m11.96201.85200.3920.37023.92203.80200.7840.76033.92101.82200.3920.36443.92102.51150.3920.377表2用“互拉法”校零后測得的數(shù)據(jù)

次序F1/NL1/cmF2/NL2/cmF1×L1/N.mF2×L2/N.m51.96202.00200.3920.40063.92203.95200.7840.79073.92101.95200.3920.39083.92102.60150.3920.390對比兩表，可明顯看出，用“互拉法”對彈簧測力計(jì)校零，得到的F1×L1與F2×L2已經(jīng)基本相等，誤差極小，這樣得到的杠桿平衡條件更具有說服力.

總之，使用彈簧測力計(jì)前必須要先校零.測不同方向的拉力前的校零方法也不盡相同，有的很簡單，有的較復(fù)雜.這要求教師自己要搞清楚校零的目的和方法，并在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行正確校零，盡可能地減小誤差，使探究實(shí)驗(yàn)更具有說服力.

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇，李容.義務(wù)教育教科書物理九年級上冊[M].江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2013年6月第3版.

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