关于胡克定律演示实验的改进研究

常克义

摘 要 经过设计改进的胡克定律演示实验的自制教具，可以利用在坐标纸上直接描点做出图线，并通过不同弹簧进行实验，在同一坐标系上做出描述不同“弹簧的劲度系数”的图线，从而解决教材教法中的缺点和不足，提高教学效率。

关键词 胡克定律；演示实验；自制教具

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2016）09-0143-02

1 问题提出

“胡克定律”是高中物理力学知识的重要内容。在国内现有的各类教科书中关于“胡克定律”的教学都是通过演示实验测量弹簧的形变量和对应的力，再利用作图来分析、归纳总结弹力与形变量的关系。比如人教版高中《物理（必修1）》教材中给出的演示及作图如图1所示[1]。

首先，按照这种方法教学，对学生的要求较高，并受测量误差的影响，会使学生对实验的结论产生不同程度的疑惑；其次，学生对于“弹簧的劲度系数”概念缺乏直观的认识与理解；再次，作为课堂演示实验，利用测量弹簧的形变量的方法烦琐，会占用大量的课堂教学时间，教学效果往往不佳。

为此，设计制作自制教具，通过直接描点做出图线，并利用不同的弹簧进行实验，在同一坐标系内做出描述不同“弹簧的劲度系数”的图线，从而有效地解决了以上问题，提高了教学效率。

2 自制教具的设计原理及结构

设计原理 利用胡克定律，F=kx，在弹性限度内，弹力的大小F跟弹簧的形变量x成正比，且图线的斜率表示弹簧的劲度系数。原理图如图2-1所示。在水平方向设置等间距的弹簧悬挂点（5个以上），以弹簧自然伸长的长度标记原点位置，并以水平方向为F轴，竖直方向为x轴，建立直角坐标系，将悬挂有钩码的弹簧分别悬挂在各悬挂点上，再在坐标纸上描点，做出拟合曲线进行分析。

实物结构 实物如图2-2所示，竖直面板支架，支架上端水平设置等间距的弹簧悬挂点（5个以上）、坐标纸固定夹、重锤线。

3 实验步骤及操作

4 实验结果及结论

为了检验此自制教具的准确性，使用20 g钩码，按g=10 N/s2计算弹力F的大小。选用2支不同的弹簧进行实验验证，实验得到两条F-x图线，如图4所示。并得到结论：

1）弹簧的弹力与弹簧的伸长量之间呈线性关系，即弹簧的弹力与弹簧的伸长量成正比；

2）不同的弹簧所得直线的斜率不同，即表示不同的弹簧具有不同的劲度系数。

5 自制教具的优点

1）该自制教具可以直接通过实验操作在坐标纸上描出点迹进行作图，利用图线得出直观、准确的结论。

2）该自制教具可以使用多个不同弹簧重复实验，在同一个坐标系上做出相对应的不同“劲度系数”的图线，让学生直观认识“弹簧的劲度系数”的概念。

3）该自制教具可以直接使用坐标纸进行描点作图，操作简单快捷，节省课堂教学时间。