于淼　武銀根

摘要：巧妙地利用電子秤研究了彈簧的彈力與形變量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)不管是彈簧伸長(zhǎng)還是壓縮，彈力與形變量都成正比關(guān)系，利用該實(shí)驗(yàn)還可以方便地得到彈簧的勁度系數(shù)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了串并聯(lián)彈簧勁度系數(shù)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)效果非常好.

關(guān)鍵詞：電子秤；胡克定律；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

作者簡(jiǎn)介：于淼（1982-），男，江蘇鹽城人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；

武銀根（1966-），男，江蘇興化人，碩士，中學(xué)高級(jí)教師、特級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn).

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[1]只能測(cè)定彈簧拉伸時(shí)的胡克定律，不能得到彈簧壓縮時(shí)的胡克定律，而本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新地利用電子秤很方便地研究了彈簧在拉伸和壓縮情況下的胡克定律，同時(shí)比較精確地測(cè)出了彈簧的勁度系數(shù)并簡(jiǎn)單探究了串并聯(lián)彈簧勁度系數(shù)的特點(diǎn).

1儀器簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)器材：電子秤、兩個(gè)相同的彈簧、刻度尺、熱熔膠槍和熱熔膠等.

圖1是實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，用熱熔膠槍將彈簧和刻度尺固定在電子秤上，且刻度尺（刻度尺的0刻度在電子秤上，用來測(cè)量彈簧的長(zhǎng)度）靠近彈簧.電子秤讀數(shù)非常方便，精度（本次實(shí)驗(yàn)的電子秤的最小精度為05g，最大測(cè)量值為3kg）也比彈簧測(cè)力計(jì)高出很多，在去皮歸零后（不用再考慮彈簧質(zhì)量的影響，進(jìn)一步減小測(cè)量誤差），能精確地顯示出彈簧彈力的大小.在把彈簧用熱熔膠固定到電子秤之后，壓縮彈簧時(shí)顯示正值（此時(shí)彈力為負(fù)值），在拉伸彈簧時(shí)顯示負(fù)值（此時(shí)彈力為正值），所以能很好地測(cè)量彈簧在伸長(zhǎng)和壓縮時(shí)的彈力.

2探究胡克定律和測(cè)定彈簧的勁度系數(shù)

實(shí)驗(yàn)過程：如圖2所示，用熱熔膠槍將一個(gè)彈簧固定在電子秤上，刻度尺靠近彈簧，將電子秤去皮歸零，讀出彈簧的原長(zhǎng)，將彈簧壓縮一定量后分別讀出彈簧的長(zhǎng)度和電子秤的讀數(shù)（讀數(shù)是克要換成牛頓），再拉長(zhǎng)彈簧后分別讀出彈簧的長(zhǎng)度和電子秤的讀數(shù)，其次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表格1中，再以形變量為橫坐標(biāo)，彈力為縱坐標(biāo)描點(diǎn)作圖可得圖3

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：從表1中的第2行和第4行數(shù)據(jù)可以看到不管是彈簧伸長(zhǎng)還是被壓縮都有彈力，所以彈力跟彈簧的長(zhǎng)度無關(guān).從圖3中可以看出彈簧的形變量越大，彈力越大即彈力與形變量成正比即F∝Δx（寫成等式就是F=kΔx，k是彈簧的勁度系數(shù)），還可以利用該實(shí)驗(yàn)得到彈簧的勁度系數(shù)，這里圖象的斜率就是彈簧的勁度系數(shù)k，實(shí)驗(yàn)得到該彈簧的勁度系數(shù)為k=188N/m.

3探究并聯(lián)彈簧的勁度系數(shù)的規(guī)律

實(shí)驗(yàn)過程：如圖4所示，用熱熔膠槍將兩個(gè)彈簧并排地固定在電子秤上，上端固定到一木片上（可以同時(shí)壓縮或拉長(zhǎng)兩個(gè)彈簧），刻度尺靠近彈簧，將電子秤去皮歸零，讀出彈簧的原長(zhǎng)，將彈簧壓縮一定量后分別讀出彈簧的長(zhǎng)度和電子秤的讀數(shù)，再拉長(zhǎng)彈簧后分別讀出彈簧的長(zhǎng)度和電子秤的讀數(shù)，某次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到表格2中，再以形變量為橫坐標(biāo)，彈力為縱坐標(biāo)可得圖5

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)圖7求出直線的斜率即得到兩個(gè)彈簧串聯(lián)后的勁度系數(shù)為k=96N/m.

5結(jié)論

由三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)可以看出，彈簧的彈力與形變量有關(guān)且彈力與形變量成正比即F∝Δx，圖象的斜率就是彈簧的勁度系數(shù)k；并聯(lián)后彈簧的勁度系數(shù)變大，兩個(gè)相同彈簧并聯(lián)后勁度系數(shù)在誤差允許的范圍內(nèi)是單個(gè)彈簧勁度系數(shù)的2（370÷188=1968）倍，說明若K1=K2，K=2K1；兩個(gè)相同彈簧串聯(lián)后勁度系數(shù)在誤差允許的范圍內(nèi)是單個(gè)彈簧勁度系數(shù)的05（96÷188=0511）倍，若K1=K2，K=K1·K2K1+K2=K12.這三個(gè)實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生對(duì)胡克定律的理解，以及同種材料的彈簧長(zhǎng)度越小勁度系數(shù)越大、長(zhǎng)度越長(zhǎng)勁度系數(shù)越小的理解，效果非常好.

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修1[M].南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2004：52.