電子秤式胡克定律演示儀

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)

作者簡介：于淼（1982-），男，江蘇鹽城人，碩士，中學(xué)一級教師，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)高級教師、特級教師，研究方向：中學(xué)物理實(shí)驗(yàn).

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)[1]只能測定彈簧拉伸時的胡克定律，不能得到彈簧壓縮時的胡克定律，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，同時比較精確地測出了彈簧的勁度系數(shù)并簡單探究了串并聯(lián)彈簧勁度系數(shù)的特點(diǎn).

1儀器簡介

實(shí)驗(yàn)器材：電子秤、兩個相同的彈簧、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，用來測量彈簧的長度）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，最大測量值為3kg）也比彈簧測力計高出很多，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，壓縮彈簧時顯示正值（此時彈力為負(fù)值），在拉伸彈簧時顯示負(fù)值（此時彈力為正值），所以能很好地測量彈簧在伸長和壓縮時的彈力.

2探究胡克定律和測定彈簧的勁度系數(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，將彈簧壓縮一定量后分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(shù)（讀數(shù)是克要換成牛頓），再拉長彈簧后分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(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還是被壓縮都有彈力，所以彈力跟彈簧的長度無關(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（可以同時壓縮或拉長兩個彈簧），刻度尺靠近彈簧，將電子秤去皮歸零，讀出彈簧的原長，將彈簧壓縮一定量后分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(shù)，再拉長彈簧后分別讀出彈簧的長度和電子秤的讀數(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彈簧串聯(lián)后的勁度系數(shù)為k=96N/m.

5結(jié)論

由三個探究實(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)是單個彈簧勁度系數(shù)的2（370÷188=1968）倍，說明若K1=K2，K=2K1；兩個相同彈簧串聯(lián)后勁度系數(shù)在誤差允許的范圍內(nèi)是單個彈簧勁度系數(shù)的05（96÷188=0511）倍，若K1=K2，K=K1·K2K1+K2=K12.這三個實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生對胡克定律的理解，以及同種材料的彈簧長度越小勁度系數(shù)越大、長度越長勁度系數(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.