例析弹簧测力计使用前的校零
陈宝军++周同仕
摘要：很多老师在使用弹簧测力计探究杠杆平衡条件时测得数据和理想情况差异很大，这是因为弹簧测力计使用前的校零方法不对造成的.校零的目的是使弹簧测力计示数与秤钩处拉力相等.校零时应该在受力方向上调零.测不同方向的拉力，校零的方法有所不同.测竖直向下或者斜向下拉力前的校零，可采用“互拉法”.通过真实实验数据对比证实，“互拉法”校零后实验比别的方法校零误差要小得多.
关键词：弹簧测力计；校零；不同方向拉力；互拉法；实例对比
作者简介：陈宝军（1973-），男，江苏淮安，大学本科，高级教师，淮安经济技术开发区开明中学物理教研组长，淮安经济技术开发区兼职物理教研员；周同仕（1955-），男，江苏淮安，大学本科，高级教师，江苏省特级教师，淮安市开明中学副校长.新学期开始，笔者听了几节九年级的物理课.在课堂上，学生用实验探究杠杆平衡条件时，测得的实验数据与杠杆平衡条件差异较大，且大多是弹簧测力计对杠杆的拉力与对应力臂的乘积明显小于另一边钩码对杠杆拉力与对应力臂的乘积.对于这一差异的产生，有些老师也说不清原因，不能给学生一个合理的解释，只含糊其辞地说是实验误差.那么，这个误差究竟是怎么产生的，有没有什么办法减小这种误差呢？笔者认为，只要解决了弹簧测力计使用前的“校零”问题，误差就明显减小，实验结论就能与杠杆平衡条件更一致了.那么，弹簧测力计使用前为什么要校零，在不同的使用条件下又该怎样校零呢？
1校零的目的
如图1，用弹簧测力计测量物体的重力，其实质是测量秤钩对钩码的拉力.如果在挂钩码前，拉力为零，而指针已经指在某一非零刻度，那么，挂了钩码后，其示数也一定不等于秤钩对钩码的拉力.因此，校零的目的就是当弹簧测力计秤钩处拉力为零时，使其指针也指向零，进而使测量拉力时指针所对应示数与拉力大小一致.
2校零的方法
用弹簧测力计测不同方向的拉力时，要使弹簧轴线方向与所测力方向一致，因而校零时，也应在相应的方向上进行.下面将以实验室常用的条形盒测力计为例，分析测各方向的力时弹簧测力计校零方法.
2.1测竖直向上的拉力
初中物理教材中测重力、测对动滑轮的拉力都是用弹簧测力计拉着物体竖直向上用力的.使用前校零方法如图2，手持拉环，使弹簧测力计自由竖直悬挂，观察指针所指的位置，并通过上下微调刻度盘位置，使指针指在零刻度线处.
2.2测水平方向的拉力
在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中，要使用弹簧测力计测量物体在水平方向上匀速滑动时拉力，根据二力平衡条件，也就得出了摩擦力的大小.如图3，将弹簧测力计平放在水平桌面上，拉动秤钩和拉环，并逐渐撤销拉力，使秤钩和拉环都处于弹簧轴线上自然伸展状态.观察指针，调节刻度盘，使指针指在零刻度线处.
2.3测竖直向下的拉力
如本文开头所说的课题，探究杠杆平衡条件时，要用弹簧测力计测量对杠杆向下的拉力，如图4，这时应该怎样校零呢？
如图5，将弹簧测力计倒置，手持弹簧测力计外壳（持拉环无法使其倒置），使弹簧测力计处于竖直方向，拉环自然下垂.理论上，此时通过移动刻度板位置，也能实现校零的效果，但实际操作中发现：a、弹簧两边的定位孔较大，使弹簧伸缩间有一定自由度，导致明显误差；b、刻度盘移动范围有限，可能无法将零刻度线对准指针.
如果将秤钩倒挂，直接进行校零，是否可行？如图6，将弹簧测力计自由倒挂在杠杆上，此时，秤钩处拉力根本不为零，所以指针在零刻度线处.仔细分析可知，此时秤钩处拉力大小其实就等于弹簧测力计本身的重力大小.所以只要知道此弹簧测力计重力大小，即可调节刻度盘位置，使指针对准其对应刻度即可间接实现校零.
可靠又方便的方法，可称为“互拉法”：另取一弹簧测力计乙，手持拉环，使其自由下垂，并校零，再将原弹簧测力计甲倒挂在弹簧测力计乙的秤钩上，如图7所示.读出弹簧测力计乙的示数，即为弹簧测力计甲的重力大小.再移动弹簧测力计甲刻度盘，使其示数与弹簧测力计乙示数相等，则校零成功.这时，再用校零成功的测力计甲完成探究杠杆平衡条件的实验，误差就很小了，实验结果也会很轻易地得到“F1L1=F2L2的结论.
2.4测斜向下的拉力
还是“互拉法”.如图8所示，将弹簧测力计乙秤钩向下放在斜面上，将秤钩和拉环都展开，进行校零.再如图9所示，将弹簧测力计甲沿斜面倒挂在弹簧测力计乙上，两手分别拉两个弹簧测力计拉环使它们离开斜面并与斜面平行（避免与斜面摩擦），观察并调节甲弹簧测力计示数，使其与乙的示数相等，即实现“用弹簧测力计测与斜面平行向下的拉力”的校零工作.
3不同方法校零实例对比
以下是笔者用两种方法对弹簧测力计校零后，按图4做“探究杠杆平衡条件”实验得到的数据.其中表1为将弹簧测力计倒挂，直接校零，再进行探究实验，得到的数据；表2为用“互拉法”对弹簧测力计进行校零后，进行探究实验得到的数据.表1弹簧测力计倒挂直接校零后测得的数据
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”校零后测得的数据
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对比两表，可明显看出，用“互拉法”对弹簧测力计校零，得到的F1×L1与F2×L2已经基本相等，误差极小，这样得到的杠杆平衡条件更具有说服力.
总之，使用弹簧测力计前必须要先校零.测不同方向的拉力前的校零方法也不尽相同，有的很简单，有的较复杂.这要求教师自己要搞清楚校零的目的和方法，并在实验前进行正确校零，尽可能地减小误差，使探究实验更具有说服力.
參考文献：
[1]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理九年级上册[M].江苏凤凰科学技术出版社，2013年6月第3版.
·教学改革·
摘要：很多老师在使用弹簧测力计探究杠杆平衡条件时测得数据和理想情况差异很大，这是因为弹簧测力计使用前的校零方法不对造成的.校零的目的是使弹簧测力计示数与秤钩处拉力相等.校零时应该在受力方向上调零.测不同方向的拉力，校零的方法有所不同.测竖直向下或者斜向下拉力前的校零，可采用“互拉法”.通过真实实验数据对比证实，“互拉法”校零后实验比别的方法校零误差要小得多.
关键词：弹簧测力计；校零；不同方向拉力；互拉法；实例对比
作者简介：陈宝军（1973-），男，江苏淮安，大学本科，高级教师，淮安经济技术开发区开明中学物理教研组长，淮安经济技术开发区兼职物理教研员；周同仕（1955-），男，江苏淮安，大学本科，高级教师，江苏省特级教师，淮安市开明中学副校长.新学期开始，笔者听了几节九年级的物理课.在课堂上，学生用实验探究杠杆平衡条件时，测得的实验数据与杠杆平衡条件差异较大，且大多是弹簧测力计对杠杆的拉力与对应力臂的乘积明显小于另一边钩码对杠杆拉力与对应力臂的乘积.对于这一差异的产生，有些老师也说不清原因，不能给学生一个合理的解释，只含糊其辞地说是实验误差.那么，这个误差究竟是怎么产生的，有没有什么办法减小这种误差呢？笔者认为，只要解决了弹簧测力计使用前的“校零”问题，误差就明显减小，实验结论就能与杠杆平衡条件更一致了.那么，弹簧测力计使用前为什么要校零，在不同的使用条件下又该怎样校零呢？
1校零的目的
如图1，用弹簧测力计测量物体的重力，其实质是测量秤钩对钩码的拉力.如果在挂钩码前，拉力为零，而指针已经指在某一非零刻度，那么，挂了钩码后，其示数也一定不等于秤钩对钩码的拉力.因此，校零的目的就是当弹簧测力计秤钩处拉力为零时，使其指针也指向零，进而使测量拉力时指针所对应示数与拉力大小一致.
2校零的方法
用弹簧测力计测不同方向的拉力时，要使弹簧轴线方向与所测力方向一致，因而校零时，也应在相应的方向上进行.下面将以实验室常用的条形盒测力计为例，分析测各方向的力时弹簧测力计校零方法.
2.1测竖直向上的拉力
初中物理教材中测重力、测对动滑轮的拉力都是用弹簧测力计拉着物体竖直向上用力的.使用前校零方法如图2，手持拉环，使弹簧测力计自由竖直悬挂，观察指针所指的位置，并通过上下微调刻度盘位置，使指针指在零刻度线处.
2.2测水平方向的拉力
在探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验中，要使用弹簧测力计测量物体在水平方向上匀速滑动时拉力，根据二力平衡条件，也就得出了摩擦力的大小.如图3，将弹簧测力计平放在水平桌面上，拉动秤钩和拉环，并逐渐撤销拉力，使秤钩和拉环都处于弹簧轴线上自然伸展状态.观察指针，调节刻度盘，使指针指在零刻度线处.
2.3测竖直向下的拉力
如本文开头所说的课题，探究杠杆平衡条件时，要用弹簧测力计测量对杠杆向下的拉力，如图4，这时应该怎样校零呢？
如图5，将弹簧测力计倒置，手持弹簧测力计外壳（持拉环无法使其倒置），使弹簧测力计处于竖直方向，拉环自然下垂.理论上，此时通过移动刻度板位置，也能实现校零的效果，但实际操作中发现：a、弹簧两边的定位孔较大，使弹簧伸缩间有一定自由度，导致明显误差；b、刻度盘移动范围有限，可能无法将零刻度线对准指针.
如果将秤钩倒挂，直接进行校零，是否可行？如图6，将弹簧测力计自由倒挂在杠杆上，此时，秤钩处拉力根本不为零，所以指针在零刻度线处.仔细分析可知，此时秤钩处拉力大小其实就等于弹簧测力计本身的重力大小.所以只要知道此弹簧测力计重力大小，即可调节刻度盘位置，使指针对准其对应刻度即可间接实现校零.
可靠又方便的方法，可称为“互拉法”：另取一弹簧测力计乙，手持拉环，使其自由下垂，并校零，再将原弹簧测力计甲倒挂在弹簧测力计乙的秤钩上，如图7所示.读出弹簧测力计乙的示数，即为弹簧测力计甲的重力大小.再移动弹簧测力计甲刻度盘，使其示数与弹簧测力计乙示数相等，则校零成功.这时，再用校零成功的测力计甲完成探究杠杆平衡条件的实验，误差就很小了，实验结果也会很轻易地得到“F1L1=F2L2的结论.
2.4测斜向下的拉力
还是“互拉法”.如图8所示，将弹簧测力计乙秤钩向下放在斜面上，将秤钩和拉环都展开，进行校零.再如图9所示，将弹簧测力计甲沿斜面倒挂在弹簧测力计乙上，两手分别拉两个弹簧测力计拉环使它们离开斜面并与斜面平行（避免与斜面摩擦），观察并调节甲弹簧测力计示数，使其与乙的示数相等，即实现“用弹簧测力计测与斜面平行向下的拉力”的校零工作.
3不同方法校零实例对比
以下是笔者用两种方法对弹簧测力计校零后，按图4做“探究杠杆平衡条件”实验得到的数据.其中表1为将弹簧测力计倒挂，直接校零，再进行探究实验，得到的数据；表2为用“互拉法”对弹簧测力计进行校零后，进行探究实验得到的数据.表1弹簧测力计倒挂直接校零后测得的数据
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”校零后测得的数据
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对比两表，可明显看出，用“互拉法”对弹簧测力计校零，得到的F1×L1与F2×L2已经基本相等，误差极小，这样得到的杠杆平衡条件更具有说服力.
总之，使用弹簧测力计前必须要先校零.测不同方向的拉力前的校零方法也不尽相同，有的很简单，有的较复杂.这要求教师自己要搞清楚校零的目的和方法，并在实验前进行正确校零，尽可能地减小误差，使探究实验更具有说服力.
參考文献：
[1]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理九年级上册[M].江苏凤凰科学技术出版社，2013年6月第3版.
·教学改革·
