張紹才，鄭潤(rùn)成，閆迎利

(1.安陽(yáng)市殷都區(qū)第二高級(jí)中學(xué)，河南 安陽(yáng) 455136；2.安陽(yáng)市殷都區(qū)明德高級(jí)中學(xué)，河南 安陽(yáng) 455136)

1 問(wèn)題的提出

人教社2019 版《物理》必修第一冊(cè)第三章第1節(jié)的實(shí)驗(yàn)：探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系。該實(shí)驗(yàn)是物理必做實(shí)驗(yàn)，表明該實(shí)驗(yàn)的重要性。改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)能有效幫助學(xué)生理解彈簧彈力與形變量的關(guān)系、進(jìn)一步掌握勁度系數(shù)的含義，理解胡克定律的物理意義。

（1）胡克定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新[1]；（2）直觀性胡克定律演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[2]。這兩篇文章中介紹的實(shí)驗(yàn)裝置利用非同一彈簧做實(shí)驗(yàn)，與胡克定律的同一彈簧條件有差異，這是兩實(shí)驗(yàn)裝置的不足之處。

2 演示實(shí)驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)

在裝有水平調(diào)節(jié)螺絲的足座上，豎直裝一套筒，套筒頂端安裝帶有彈簧橫桿，利用旋扭通過(guò)里面的滑輪、鏈條可以調(diào)節(jié)鋼管在套筒中升降，從而調(diào)節(jié)彈簧在豎直方向上的初始位置。

圖1 結(jié)構(gòu)：（1）彈簧夾用于固定彈簧的上方掛鉤；（2）升降旋鈕用于調(diào)節(jié)彈簧上的指針上下的位置；（3）坐標(biāo)紙固定支架1、2 用于固定可以放坐標(biāo)紙的平面；（4）利用水平儀可以條件底座水平。

圖1 本實(shí)驗(yàn)儀主架的側(cè)面圖

圖2結(jié)構(gòu)：（1）帶有指針的的彈簧；（2）坐標(biāo)紙的平面左右兩側(cè)各固定安裝一個(gè)滾筒，滾筒長(zhǎng)度與坐標(biāo)紙等寬，滾筒上安裝把手，可以使壓在滾筒上的坐標(biāo)紙左右移動(dòng)

圖2 實(shí)驗(yàn)儀的正面圖

3 演示實(shí)驗(yàn)儀使用方法

3.1 單個(gè)彈簧驗(yàn)證胡克定律實(shí)驗(yàn)步驟

（1）把坐標(biāo)紙固定在左右轉(zhuǎn)輪上；

（2）在直立的可上下移動(dòng)的金屬桿的橫梁上，把帶有指針的彈簧的上邊的鉤子放在圖2 彈簧夾上固定；

（3）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪和升降旋鈕，確定并標(biāo)記坐標(biāo)系0 點(diǎn)。即：調(diào)節(jié)升降旋鈕，使彈簧上的指針指向坐標(biāo)紙自己標(biāo)記的橫軸刻度線；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪確定坐標(biāo)紙縱軸刻度線；

（4）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪使坐標(biāo)紙向左移動(dòng)一大格(實(shí)驗(yàn)者規(guī)定)，然后在彈簧上掛1 個(gè)鉤碼，標(biāo)記位置；

（5）同步驟（4），調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪使坐標(biāo)紙向左再移動(dòng)一大格，然后在彈簧上掛2 個(gè)鉤碼，標(biāo)記位置；

（6）同步驟（4），調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪使坐標(biāo)紙向左每移動(dòng)一大格在彈簧上多加掛1 個(gè)鉤碼，并標(biāo)記位置；直到能完成的相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.2 兩個(gè)串接彈簧的彈力與勁度系數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)步驟

（1）把兩個(gè)串接的彈簧固定在圖2 的彈簧夾上；

（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，使3.1 中的0 點(diǎn)回到測(cè)量開(kāi)始的狀態(tài)（即彈簧不加鉤碼狀態(tài)）；

（3）調(diào)節(jié)升降旋鈕，使串接彈簧得指針指向坐標(biāo)紙0；

（4）同3.1（4）-（6）步驟

3.3 兩個(gè)并接彈簧的彈力與勁度系數(shù)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)步驟

（1）把兩個(gè)并接接的彈簧固定在圖2 的彈簧夾上；

（2）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，使2.1 中的0 點(diǎn)回到測(cè)量開(kāi)始的狀態(tài)；

（3）調(diào)節(jié)升降旋鈕，使并接彈簧得指針指向坐標(biāo)紙0；

（4）同3.1（4）-（6）步驟

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，把坐標(biāo)紙從滾輪上取出并展開(kāi)放到黑板上，即可驗(yàn)證胡克定律，又能同時(shí)得到多彈簧勁度系數(shù)關(guān)系圖像。

4 實(shí)驗(yàn)效果

（1）實(shí)驗(yàn)便捷準(zhǔn)確。新的實(shí)驗(yàn)教具有利于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)單方便，用一個(gè)彈簧通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)紙即可完成任務(wù)。利用自制教具能直接在坐標(biāo)紙上描出圖像，得出胡克定律。

（2）一個(gè)彈簧即可完成胡克定律的驗(yàn)證，避免不同彈簧參與實(shí)驗(yàn)引起的理解歧義。

（3）一張坐標(biāo)紙還可驗(yàn)證兩根彈簧串聯(lián)、并聯(lián)的胡克定律，以及比較兩根彈簧串聯(lián)、并聯(lián)的勁度系數(shù)的不同。

（4）展開(kāi)坐標(biāo)紙即可得到F-x 圖像。使學(xué)生可以直觀認(rèn)識(shí)比較不同彈簧的“勁度系數(shù)”，使學(xué)生對(duì)彈簧的物理性質(zhì)有更深一步得理解。

（5）本實(shí)驗(yàn)裝置可以添加刻度尺，讀出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；也可以用自制的刻度紙代替坐標(biāo)紙，方便看演示實(shí)驗(yàn)的學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

新課程要求中學(xué)物理教學(xué)重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，因此構(gòu)建開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課程資源，將能有效的促進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)探究能力的提高。