例析彈簧測力計使用前的校零

陳寶軍++周同仕

摘要：很多老師在使用彈簧測力計探究杠桿平衡條件時測得數據和理想情況差異很大，這是因為彈簧測力計使用前的校零方法不對造成的.校零的目的是使彈簧測力計示數與秤鉤處拉力相等.校零時應該在受力方向上調零.測不同方向的拉力，校零的方法有所不同.測豎直向下或者斜向下拉力前的校零，可采用“互拉法”.通過真實實驗數據對比證實，“互拉法”校零后實驗比別的方法校零誤差要小得多.

關鍵詞：彈簧測力計；校零；不同方向拉力；互拉法；實例對比

作者簡介：陳寶軍（1973-），男，江蘇淮安，大學本科，高級教師，淮安經濟技術開發區開明中學物理教研組長，淮安經濟技術開發區兼職物理教研員；周同仕（1955-），男，江蘇淮安，大學本科，高級教師，江蘇省特級教師，淮安市開明中學副校長.新學期開始，筆者聽了幾節九年級的物理課.在課堂上，學生用實驗探究杠桿平衡條件時，測得的實驗數據與杠桿平衡條件差異較大，且大多是彈簧測力計對杠桿的拉力與對應力臂的乘積明顯小于另一邊鉤碼對杠桿拉力與對應力臂的乘積.對于這一差異的產生，有些老師也說不清原因，不能給學生一個合理的解釋，只含糊其辭地說是實驗誤差.那么，這個誤差究竟是怎么產生的，有沒有什么辦法減小這種誤差呢？筆者認為，只要解決了彈簧測力計使用前的“校零”問題，誤差就明顯減小，實驗結論就能與杠桿平衡條件更一致了.那么，彈簧測力計使用前為什么要校零，在不同的使用條件下又該怎樣校零呢？

1校零的目的

如圖1，用彈簧測力計測量物體的重力，其實質是測量秤鉤對鉤碼的拉力.如果在掛鉤碼前，拉力為零，而指針已經指在某一非零刻度，那么，掛了鉤碼后，其示數也一定不等于秤鉤對鉤碼的拉力.因此，校零的目的就是當彈簧測力計秤鉤處拉力為零時，使其指針也指向零，進而使測量拉力時指針所對應示數與拉力大小一致.

2校零的方法

用彈簧測力計測不同方向的拉力時，要使彈簧軸線方向與所測力方向一致，因而校零時，也應在相應的方向上進行.下面將以實驗室常用的條形盒測力計為例，分析測各方向的力時彈簧測力計校零方法.

2.1測豎直向上的拉力

初中物理教材中測重力、測對動滑輪的拉力都是用彈簧測力計拉著物體豎直向上用力的.使用前校零方法如圖2，手持拉環，使彈簧測力計自由豎直懸掛，觀察指針所指的位置，并通過上下微調刻度盤位置，使指針指在零刻度線處.

2.2測水平方向的拉力

在探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關的實驗中，要使用彈簧測力計測量物體在水平方向上勻速滑動時拉力，根據二力平衡條件，也就得出了摩擦力的大小.如圖3，將彈簧測力計平放在水平桌面上，拉動秤鉤和拉環，并逐漸撤銷拉力，使秤鉤和拉環都處于彈簧軸線上自然伸展狀態.觀察指針，調節刻度盤，使指針指在零刻度線處.

2.3測豎直向下的拉力

如本文開頭所說的課題，探究杠桿平衡條件時，要用彈簧測力計測量對杠桿向下的拉力，如圖4，這時應該怎樣校零呢？

如圖5，將彈簧測力計倒置，手持彈簧測力計外殼（持拉環無法使其倒置），使彈簧測力計處于豎直方向，拉環自然下垂.理論上，此時通過移動刻度板位置，也能實現校零的效果，但實際操作中發現：a、彈簧兩邊的定位孔較大，使彈簧伸縮間有一定自由度，導致明顯誤差；b、刻度盤移動范圍有限，可能無法將零刻度線對準指針.

如果將秤鉤倒掛，直接進行校零，是否可行？如圖6，將彈簧測力計自由倒掛在杠桿上，此時，秤鉤處拉力根本不為零，所以指針在零刻度線處.仔細分析可知，此時秤鉤處拉力大小其實就等于彈簧測力計本身的重力大小.所以只要知道此彈簧測力計重力大小，即可調節刻度盤位置，使指針對準其對應刻度即可間接實現校零.

可靠又方便的方法，可稱為“互拉法”：另取一彈簧測力計乙，手持拉環，使其自由下垂，并校零，再將原彈簧測力計甲倒掛在彈簧測力計乙的秤鉤上，如圖7所示.讀出彈簧測力計乙的示數，即為彈簧測力計甲的重力大小.再移動彈簧測力計甲刻度盤，使其示數與彈簧測力計乙示數相等，則校零成功.這時，再用校零成功的測力計甲完成探究杠桿平衡條件的實驗，誤差就很小了，實驗結果也會很輕易地得到“F1L1=F2L2的結論.

2.4測斜向下的拉力

還是“互拉法”.如圖8所示，將彈簧測力計乙秤鉤向下放在斜面上，將秤鉤和拉環都展開，進行校零.再如圖9所示，將彈簧測力計甲沿斜面倒掛在彈簧測力計乙上，兩手分別拉兩個彈簧測力計拉環使它們離開斜面并與斜面平行（避免與斜面摩擦），觀察并調節甲彈簧測力計示數，使其與乙的示數相等，即實現“用彈簧測力計測與斜面平行向下的拉力”的校零工作.

3不同方法校零實例對比

以下是筆者用兩種方法對彈簧測力計校零后，按圖4做“探究杠桿平衡條件”實驗得到的數據.其中表1為將彈簧測力計倒掛，直接校零，再進行探究實驗，得到的數據；表2為用“互拉法”對彈簧測力計進行校零后，進行探究實驗得到的數據.表1彈簧測力計倒掛直接校零后測得的數據

次序F1/NL1/cmF2/NL2/cmF1×L1/N.mF2×L2/N.m11.96201.85200.3920.37023.92203.80200.7840.76033.92101.82200.3920.36443.92102.51150.3920.377表2用“互拉法”校零后測得的數據

次序F1/NL1/cmF2/NL2/cmF1×L1/N.mF2×L2/N.m51.96202.00200.3920.40063.92203.95200.7840.79073.92101.95200.3920.39083.92102.60150.3920.390對比兩表，可明顯看出，用“互拉法”對彈簧測力計校零，得到的F1×L1與F2×L2已經基本相等，誤差極小，這樣得到的杠桿平衡條件更具有說服力.

總之，使用彈簧測力計前必須要先校零.測不同方向的拉力前的校零方法也不盡相同，有的很簡單，有的較復雜.這要求教師自己要搞清楚校零的目的和方法，并在實驗前進行正確校零，盡可能地減小誤差，使探究實驗更具有說服力.

參考文獻：

[1]劉炳昇，李容.義務教育教科書物理九年級上冊[M].江蘇鳳凰科學技術出版社，2013年6月第3版.

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