用弹簧测力计测竖直向下拉力的误差分析与方法.doc

用弹簧测力计测竖直向下拉力的误差分析与方法陆云凤 江苏省海安县雅周镇初级中学 226641摘要：教学中常用到弹簧测力计，如何用弹簧测力计测竖直向下拉力，本文介绍了三种方法，这些方法是在平常的教学活动中发现问题总结而得出，易于理解，操作方便。关键词：弹簧测力计、竖直向下、拉力、校零。图1图3图2在苏科版物理九上简单机械和功一章中，多次用到弹簧测力计测竖直向下的拉力，如“探究杠杆的平衡条件”、“探究使用定滑轮的特点”以及“测滑轮组的机械效率”等。那么，在这些实验中是如何使用弹簧测力计的呢？当然，按照惯例首先要校零。苏科版物理八下力一章中有关弹簧测力计使用方法的校零要求是：将弹簧测力计按测量时所需的位置放好，检查指针是否在零刻度处，若不在，应校正“0”点1。以这样的方式校零测出的实验数据又如何呢？我们可以通过实验来进行验证。如图1，在做“探究杠杆平衡条件”的实验中，调节杠杆在水平位置平衡后，在杠杆两侧距支点等距处的左侧挂2个钩码（1N），右侧用倒置校零好的弹簧测力计竖直向下拉，从弹簧测力计的示数可以看出，拉力只有0.8N，与实际值相差达0.2N之多，多次测量结果差值仍为0.2N，只是随着钩码数目的增多，相对误差会逐渐减小，有资料介绍，测较大拉力时可以忽略。只是在本探究实验中，我们本身所选择的阻力并不是太大，且杠杆的长度也有限，较大的偏差对我们总结结论有一定的影响。造成偏差较大的原因是什么呢？笔者认为以下几个因素会对实验结果造成影响。其一，弹簧测力计自重是影响测量结果的主要原因；其二，按照教材方法将测力计倒置校零（手抓外壳），而测力计倒置时弹簧不能处于竖直状态（从无外壳的演示测力计就可看出），这样会使测量结果偏差较大；其三，校零时，弹簧处于压缩状态，而在测力过程中，弹簧由压缩变为伸长，这也会对测量结果造成影响；其四，这在我们平常实验中几乎不太注意的问题，由于弹簧固定在拉环上，而拉环与连接拉环的圆孔的间隙也会对测量结果造成影响，如图2，拉环位置不同会造成有近0.05N的误差。怎样做才会使这些误差降到最低呢？笔者在长期的教学活动中通过对比试验总结了三种用弹簧测力计测竖直向下拉力的方法。方法一：将弹簧测力计竖直正放校零，然后竖直倒置，手拉秤钩，如图3，此时弹簧测力计有一示数，该示数即为测力计外壳重（不包括弹簧重），而此时秤钩对手的拉力为整个弹簧测力计的重力，因此，实际拉力与测力计示数间存在一差值，这一差值即为秤钩的重力。因此，我们在用弹簧测力计测竖直向下的拉力时，可先竖直正放校零，然后倒置拉秤钩测出外壳重，再用另一测力计测出此测力计自重，算出秤钩重，即G钩=G秤G壳，则实际上的拉力大小F=F示+G钩。方法二：这种方法较容易理解，将校零好的弹簧测力计的拉环直接作用于力的作用点，自由悬挂，此时即使不拉秤钩，该点同样会受到一个向下的拉力，此拉力由测力计自重产生，这时再竖直向下拉秤钩，读出示数，则实际拉力的大小F=F示+G秤。因此，这种方法我们只需先测出弹簧测力计的自重即可。方法三：参见苏科版义务教育课程标准实验教科书9年级上册物理教师教学用书，校对法，取两个弹簧测力计，秤钩相挂，在竖直方向拉到某一数值，这时下方弹簧测力计示数略小于上方弹簧测力计示数，调节下方测力计指针的位置，使其示数等于上方测力计示数。用校对过的弹簧测力计去测竖直向下的拉力时，弹簧测力计示数就等于实际拉力2。这种方法理论上十分完美，但在实际使用上可操作性存在一点问题，由于一般实验室使用的测力计指针的调整范围有限，难以达到我们的要求。但是，我们可以利用上下两测力计的示数，算出它们的差值F，再用下方弹簧测力计去测竖直向下拉力，实际拉力的大小F=F示+F。 以上方法中，无论在校零还是在测力时，我们均需控制拉环所在的位置不变。综上所述，在我们平常使用弹簧测力计测竖直向下的拉力时，不妨借鉴一下这些的方法，如有不妥之处，敬请同仁不吝赐教。参考文献1义务教育课程标准实验教科书物理（八年级下）.江苏科学技术出版社2义务教育课程标准实验教科书9年级上册物理教师教学用书. 江