胡克定律演示裝置改進及其教學分析

(江西師范大學物理與通信電子學院,江西　南昌　330022)

1　問題的提出

胡克定律是力學中的一條基本定律,國內現有教科書關于“胡克定律”的教學均是通過演示實驗，首先測量彈簧彈力F與所對應的彈簧伸長量x,然后繪制F-x圖像，進而歸納總結出兩者間的正比例關系。如圖1所示,在人教版高中物理必修1教材中,將彈簧固定在左側一端,彈簧下面墊有坐標紙,當彈簧處于原長時,讓彈簧右端恰好與坐標紙起點對齊,用向右的力F拉彈簧,并記錄彈簧彈力F1和F2與所對應的彈簧伸長量x1和x2,根據測量數據繪制F-x圖。

圖1

此演示裝置將彈簧的固定方向由舊版教材中的豎直方向改為水平方向,克服了因彈簧本身重力帶來的誤差，但仍有不夠完善的方面：(1) 彈簧彈力F及彈簧伸長量x均為粗略測量,只能得出一個近似的正比例關系,且未充分調動學生的探究興趣，采用了結論導向型的教學方式;(2) 實驗中沒有理清彈簧彈力F、彈簧長度l、彈簧伸長量x三者間的關系,部分學生會誤認為彈力F與彈簧長度l成正比;(3) 裝置沒有對彈簧勁度系數k進行比較分析,學生對此概念缺乏直觀、正確的理解。

2　幾種常見的“胡克定律”演示裝置

(1) 豎直懸掛彈簧,改變鉤碼數量

如圖2所示,隨著鉤碼的逐個添加,彈簧伸長量x不斷增大。實驗貼近生活,現象直觀明了,易于學生理解。然而彈簧伸長量x沒有用刻度尺準確測量,未探究定律中的正比例關系,實驗不夠嚴謹。

圖2

(2) 豎直懸掛彈簧,改變鉤碼數量,刻度尺測量彈簧伸長量