改進(jìn)“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)

杜 展

(淮北市天一中學(xué)　安徽 淮北　235000)

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改進(jìn)“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)

杜 展

(淮北市天一中學(xué)安徽 淮北235000)

摘 要：傳統(tǒng)教學(xué)上的“探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)所得到的彈力與彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系圖像不夠準(zhǔn)確，得到的結(jié)論牽強(qiáng)附會(huì)．本文介紹利用力和位移傳感器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，方便準(zhǔn)確，結(jié)論具有說服力．

關(guān)鍵詞：傳感器數(shù)據(jù)采集軟件彈簧

探究彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系是人教版《高中物理·必修1》“彈力”的第二課時(shí)，是學(xué)生學(xué)習(xí)彈力的產(chǎn)生、有無的判斷和常見幾種彈力方向之后的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)．為胡克定律的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)，起到承上啟下、理論與實(shí)踐相結(jié)合的作用，也是培養(yǎng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)能力的一個(gè)很好機(jī)會(huì)．

1傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)局限性

如圖1為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，它的局限性如下.

圖1

(1)受彈簧自身重力影響——彈簧在伸長(zhǎng)時(shí)，測(cè)量的伸長(zhǎng)量與實(shí)際值有偏差．

(2)彈簧長(zhǎng)度讀數(shù)誤差較大，實(shí)驗(yàn)只能選取勁度系數(shù)較大的彈簧．

(3)鉤碼標(biāo)值不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)精度低——鉤碼的放置時(shí)間，直接影響重力的變化，而我們處理彈力時(shí)按照鉤碼標(biāo)值來處理．

(4)受彈簧勁度系數(shù)、彈性限度和鉤碼的單個(gè)質(zhì)量影響，采集數(shù)據(jù)不多——在彈簧的下端只能懸掛有限個(gè)鉤碼(往往4~5個(gè))．

(5)增加鉤碼，彈簧出現(xiàn)振動(dòng)，需要手動(dòng)控制后，才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

(6)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程緩慢，課堂反饋時(shí)間漫長(zhǎng)——學(xué)生的好奇心未及時(shí)得到滿足．

2改進(jìn)措施

2.1實(shí)驗(yàn)器材

計(jì)算機(jī)，傳感器數(shù)據(jù)采集器，力傳感器，位移傳感器(發(fā)射和接收)，待測(cè)彈簧，一端帶滑輪的木板(或帶自鎖式手搖滑輪的木板)．

2.2操作步驟

圖2

(1)使力傳感器、接收位移傳感器固定在木板的兩端(如圖2)．

(2)將彈簧的一端連接位移傳感器，另一端連接發(fā)射位移傳感器．

通過細(xì)線連接發(fā)射位移傳感器，另一端通過定滑輪懸掛重物或自鎖式手搖滑輪．兩個(gè)位移傳感器之間距離的減少量就是彈簧的伸長(zhǎng)量．保證力傳感器、位移傳感器、彈簧在同一條直線上運(yùn)動(dòng)．

(3)利用旋轉(zhuǎn)滑輪對(duì)彈簧施加力的作用，打開傳感器軟件，通過數(shù)據(jù)采集器將傳感器數(shù)據(jù)顯示在計(jì)算機(jī)上，顯示力F，位移s示數(shù)，將其初始狀態(tài)力與位移傳感器示數(shù)消零．若最大位移消零，位移傳感器的位移為負(fù)值，建立函數(shù)X=-s，式中X即可代表伸長(zhǎng)量．

(4)點(diǎn)擊軟件中建立表格，自然生成記錄表格．

(5)轉(zhuǎn)動(dòng)滑輪，點(diǎn)擊記錄數(shù)據(jù)，表格記錄對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)．

(6)重復(fù)步驟(5)，記錄8~10組數(shù)據(jù)，通過記錄的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊軟件中繪制圖像，即可得到F與X的圖像，通過圖像即可得到彈力和彈簧伸長(zhǎng)的關(guān)系．

3實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

(1)基本消除彈簧自身重力影響，測(cè)出形變量與實(shí)際值接近．

(2)位移和力傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)誤差?。?/p>

(3)實(shí)驗(yàn)中可以測(cè)量勁度系數(shù)較小的彈簧．

(4)記錄數(shù)據(jù)的組數(shù)可以根據(jù)需要增加，數(shù)據(jù)充分，結(jié)論具有說服力．

(5)實(shí)驗(yàn)原理和操作簡(jiǎn)單，也可以更換彈簧重新操作實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)彈簧勁度系數(shù)的理解．

(6)學(xué)生可以分組在傳感器實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，記錄、分析、處理快，能夠及時(shí)反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果，體現(xiàn)科學(xué)的無窮魅力．

4改進(jìn)點(diǎn)

(1)細(xì)線通過自開的限位槽連接發(fā)射位移傳感器，另一端通過帶槽滑輪連接重物，牽引發(fā)射位移傳感器運(yùn)動(dòng)，這樣可以保證在測(cè)量中，兩個(gè)位移傳感器、彈簧在同一條直線上，位移傳感器的距離減小量就是彈簧的伸長(zhǎng)量，

(2)保證發(fā)射位移傳感器運(yùn)動(dòng)中不晃動(dòng)，保持穩(wěn)定性，可在其上側(cè)增加配重．

(3)發(fā)射位移傳感器在細(xì)線的拉力、靜摩擦力、彈簧的彈力作用下可在測(cè)量區(qū)域內(nèi)處于靜止?fàn)顟B(tài)．

(4)利用自鎖式手搖滑輪來牽引發(fā)射位移傳感器，實(shí)驗(yàn)更加方便．

在本節(jié)實(shí)際教學(xué)中可以適用以小組為單位，先后操作傳統(tǒng)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行比較，這樣可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)、分析能力，進(jìn)而樹立科學(xué)的探索精神．

(收稿日期：2015-10-14)