深度學(xué)習(xí)彈簧測(cè)力計(jì)

楊小偉

彈簧測(cè)力計(jì)是通過力的作用效果顯示所受拉力的大小。進(jìn)而測(cè)量相應(yīng)重力、摩擦力等力大小的基本工具，在初中物理學(xué)習(xí)中使用率相當(dāng)高。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)使用彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)。只有掌握其原理和構(gòu)造，了解其使用方法及注意事項(xiàng)等，方可達(dá)到觸類旁通、事半功倍的效果。

彈簧測(cè)力計(jì)的原理和構(gòu)造

通過實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的原理可定性描述為“在彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長(zhǎng)量就越長(zhǎng)”，定量描述為“在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量與受到的拉力成正比”，同學(xué)們?cè)趯?duì)彈簧測(cè)力計(jì)原理的定量描述理解時(shí)要注意以下三個(gè)方面：

1.“在彈性限度內(nèi)”是指彈簧的彈性有一定的限度。如果拉動(dòng)彈簧的外力過大，那么彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力的大小將不成正比關(guān)系，拉力撤銷后。彈簧也不能恢復(fù)到原長(zhǎng)。這是原理成立的前提條件。

2.“伸長(zhǎng)量”是指彈簧在受力被拉動(dòng)后的總長(zhǎng)度與自然狀態(tài)下彈簧長(zhǎng)度的差值，此時(shí)將對(duì)彈簧拉力的大小轉(zhuǎn)換為對(duì)彈簧伸長(zhǎng)長(zhǎng)度的測(cè)量。

3.“彈簧的伸長(zhǎng)量與受到的拉力成正比”，這一規(guī)律保證了彈簧測(cè)力計(jì)的刻度在彈性限度內(nèi)是均勻的，另外，我們?cè)跀⑹鲆粋€(gè)物理量與另一個(gè)物理量成某種關(guān)系時(shí)，應(yīng)注意因果關(guān)系，即結(jié)果與原因成某種關(guān)系，譬如彈簧受到拉力才出現(xiàn)了伸長(zhǎng)量，即伸長(zhǎng)量（果）與拉力（因）成正比。

彈簧測(cè)力計(jì)的主要構(gòu)件有彈簧、掛鉤、指針、吊環(huán)和刻度盤五個(gè)部分，如圖1所示，其中彈簧上端的吊環(huán)與刻度盤同定相連。

例 小明在實(shí)驗(yàn)室用圖2所示裝置探究彈簧彈力和彈簧伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系。

（1）使彈簧伸長(zhǎng)的力是（填“彈簧對(duì)鉤碼的拉力”或“鉤碼對(duì)彈簧的拉力”）：請(qǐng)你幫小明完成表1。其中未填寫的一項(xiàng)欄目名為“____”；請(qǐng)你根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，在圖3中作出“彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力關(guān)系”圖象。

（2）通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，在彈性限度內(nèi)，彈簧是_______（填“均勻”或“不均勻”）伸長(zhǎng)的。由圖象可得出定量結(jié)論：_______。

（3）根據(jù)力的作用效果可以對(duì)力的大小進(jìn)行測(cè)量。彈簧測(cè)力計(jì)能夠測(cè)量力的大小。利用的是_______（填字母符號(hào)）。

A.力可以改變彈簧的形狀

B.力可以改變彈簧運(yùn)動(dòng)的方向

C.力可以改變彈簧運(yùn)動(dòng)的快慢

（4）小明又選了甲、乙兩根規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測(cè)試。繪制出如圖4所示的圖象，小明準(zhǔn)備自己動(dòng)手制作彈簧測(cè)力計(jì)，若要制作量程較大的測(cè)力計(jì)，則應(yīng)選用彈簧_______；若要制作精確度較高的彈簧測(cè)力計(jì)，則應(yīng)選用彈簧_______。（均填“甲”或“乙”）

（5）如圖5所示，小明在用已調(diào)零的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一物體所受的重力時(shí)，誤將物體掛在了吊環(huán)上，當(dāng)物體靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)是4N，則物體所受的重力_______（填“大于”“等于”或“小于”）4N。

解析：（1）鉤碼對(duì)彈簧有拉力才使彈簧伸長(zhǎng)；本實(shí)驗(yàn)中探究的是彈簧伸長(zhǎng)量與所受拉力的關(guān)系，所以表1空白處要填入“彈簧伸長(zhǎng)量△L/cm”；我們可利用描點(diǎn)作圖法大致作出圖象，如圖6所示。（2）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在彈性限度內(nèi)，每增加1N的力，彈簧伸長(zhǎng)量增加0.8cm。即彈簧是均勻伸長(zhǎng)的：從圖象可以看出，在彈性限度內(nèi)，圖象為一條過原點(diǎn)的線段，即彈簧的伸長(zhǎng)量與所受拉力成正比關(guān)系。在敘述關(guān)系時(shí)同學(xué)們要注意，是結(jié)果與原因成正比關(guān)系。（3）力可以改變物體的形狀，相應(yīng)地通過物體形狀改變也可以說明力的存在。（4）量程大是指所測(cè)拉力最大值較大，由圖4可知，乙彈簧在彈性限度內(nèi)所測(cè)拉力可達(dá)8N，大于甲彈簧所測(cè)拉力的最大值4N；精確程度較高是指在同樣大小的力的作用下，彈簧的伸長(zhǎng)量更長(zhǎng)。更便于細(xì)分。（5）彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧上端與刻度盤固定相連，倒置使用時(shí)，掛上物體后示數(shù)為物體和外殼所受的總重力。

答案：（1）鉤碼對(duì)彈簧的拉力 彈簧伸長(zhǎng)量△L/cm 如圖6所示。 （2）均勻 在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量與所受拉力成正比 （3）A （4）乙 甲 （5）小于

彈簧測(cè)力計(jì)的使用方法及注意事項(xiàng)

與其他測(cè)量工具使用相似，彈簧測(cè)力計(jì)使用注意事項(xiàng)也分為使用前、使用時(shí)和讀數(shù)時(shí)。

使用前：應(yīng)觀察量程，根據(jù)估計(jì)待測(cè)力的大小選擇合適的彈簧測(cè)力計(jì)。認(rèn)清分度值，便于快速準(zhǔn)確讀數(shù)。觀察指針是否歸零。未歸零應(yīng)在相應(yīng)測(cè)力方向上調(diào)節(jié)刻度板使指針歸零，并來(lái)回拉動(dòng)幾下以免使用時(shí)卡殼。若水平使用，則在水平方向調(diào)零；若豎直使用，則在豎直方向調(diào)零：若倒置使用，則倒置后調(diào)零。

使用時(shí)：手提吊環(huán)，確保拉力與彈簧伸長(zhǎng)方向一致，使指針和外殼無(wú)摩擦，所拉物體靜止或做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)讀數(shù)更方便穩(wěn)定。

讀數(shù)時(shí)：視線須與刻度盤垂直，記錄數(shù)據(jù)要記錄數(shù)字和單位。

學(xué)即用，練一練：

（2023·貴州，改編）圖7為小姝測(cè)量物塊所受重力的示意圖，請(qǐng)回答下列問題：

（1）測(cè)量前應(yīng)先觀察______和分度值，并對(duì)彈簧測(cè)力計(jì)在______方向上進(jìn)行調(diào)零。

（2）你覺得小理測(cè)量物塊所受重力時(shí)的操作是否合適，為什么？

參考答案：（1）量程 豎直 （2）不合適，測(cè)量物體所受重力時(shí)，應(yīng)手提吊環(huán)，使彈簧測(cè)力計(jì)自然下垂，保證彈簧伸長(zhǎng)方向與所受拉力方向一致。