用橡皮筋制简易测力计的探究活动

1、用橡皮筋制简易测力计的探究活动摘要：用橡皮筋制作的测力计，其测量结果和真实值出入很大，给同学们在物理仪器的制作和使用过程中带来了困惑。通过探究活动，找出原因，对胡克定律有更加深入的理解，同时体验科学探究的过程、树立科学态度和提高科学研究的兴趣。关键词：科学探究；橡皮筋；测力计；胡克定律在初中物理学习过程中，测力计使用很广泛。为了让学生参与学习的过程、培养动手、动脑的习惯，达到培养学生能力的目的，在初中物理教科书中提出，让学生自制简易橡皮筋测力计。橡皮筋是很易取的材料，制作过程也不是很难，完全可以在现有的条件下制作完成，可是在制作的过程中发现一些问题却并不简单，有必要认真探究一下。一、提出问题及

2、猜想初中物理课本上关于力的章节中介绍了弹簧测力计的原理是：弹簧的伸长与所受的外力成正比，据这样的描述，橡皮筋也具有类似的性质，由此推出：能否用生活中常见的橡皮筋来制作测力计呢？甲：不能，因为实验室里没有用橡皮筋制成的测力计。乙：可以，弹簧的伸长和所受的外力成正比，橡皮筋也有这样的特性。丙：橡皮筋的伸长和所受的拉力可能不是成正比的关系。二'制订计划与设计实验据前面的讨论，这次探究活动不仅仅是制作一个简单的测力计，而同时要考虑以下的几个问题：分析橡皮筋的特性；做成的测力计如何刻上刻度，它的刻度是不是均匀的等。同学们选出本实验所需的器材：木板、橡皮筋、直尺、钩码和辅助分析的工具计算机。橡皮筋

3、在自然状态下，是没有完全伸直的，所以在进行实验时，应当给橡皮筋挂一初始重物，以达到伸直的目的，但是不要把橡皮筋拉长了，因此在配重时应根据不同的橡皮筋选取相应的重物。所需要测量的数据项有：外力F,橡皮筋伸长量L,本实验做三组对比实验，制作出如下表头样式：次数、外力(F/NX0.0098)、橡皮筋1(L/cm)、橡皮筋2(L/cm)、橡皮筋3(L/cm)o三、进行实验与收集证据在这个环节中能检验学生对理论知识和基本技能的掌握与运用，能培养学生的观察能力和信息收集能力，应放手让学生去操作、观察、体验、思考。通过测量，选取其中三组数据，实验次数20次，力从零开始，以50克增量递增到450,再减少到零。

4、对应橡皮筋长度为(单位CM)。L1：3.50,4.10,4.35,4.90,5.75,6.95,8.05,9.25,10.20,11.20,10.90,10.30,9.50,8.30,6.90,5.85,5.00,4.30,3.7。L2:3.80,4.30,4.80,5.4,6.35,7.60,8.80,10.00,12.00,12.00,11.70,11.00,10.20,8.90,7.20,6.10,5.20,4.50,4.10。L3:4.10,4.40,4.95,5.70,6.90,8.20,9.50,10.70,11.70,12.90,12.90,12.50,12.10,10.90,9

5、.40,7.90,6.50,6.35,4.65,420。四、分析与论证在本实验中对数据进行分析时，借助计算机会更加方便。本图是利用EXCEL的图表功能“XY散点图”自动得出的橡皮筋的伸长和所受外力的关系图。由图41可以看出：（1）虽然橡皮筋所受外力越大，伸长越长，但从图形上可以看出它不是一条直线,说明这两者不是线性关系；（2）同一根橡皮筋受到相同的外力，在增加和减小的情况下,橡皮筋的伸长和缩短是不一样的；（3）同一根橡皮筋在几次实验中，即使受到的外力相同，但是其长度却越来越长。那么橡皮筋为什么有这样的性质呢？通过引导学生查阅相关的资料发现：如果将X在某一变化范围内变化一个周期，由丫对x作图得到

6、一个封闭的曲线，这个曲线称为滞后回线，许多材料都存在滞后现象，看上面的图力F和橡皮筋的伸长L就构成了一个封闭的曲线，很明显橡皮筋有明显的滞后现象，同样一个外力对应着两个橡皮筋的伸长值。说明橡皮筋所受的外力和伸长量不是线性关系，橡皮筋并不完全遵从胡克定律，用橡皮筋做测力计严格来说是不正确的。五、交流与总结由以上几步工作总结出：（1）橡皮筋的伸长和所受的外力不是线性关系，所以制成的测力计的刻度是不均匀的，必须按实际的测量来对应画刻度线。（2）橡皮筋的伸长和缩短的过程是有迟滞现象的，既使用实际的测量来画刻度线，在以后的测量中得出的测量值也不是很准确的。3.当橡皮筋所受外力达到一定值时，外力等量增加而橡皮筋的伸长却越来越短。4,橡皮筋在拉伸的过程中发生了不可恢复的变化，即第一次和第二次拉伸时力与伸长量成不同的关系，由胡克定律F=kx可知，对于橡皮筋其k值不是个常数。通过本实验，学生体验了制作过程，也更加理解了测力