“彈簧測力計”典例解析

莊國金

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學.在實驗過程中，要不斷地通過實驗觀察和實驗測量來搜集實驗證據，以此分析問題，歸納和總結物理規律.其中彈簧測力計是初中階段一個非常重要的力學實驗儀器，了解并掌握彈簧測力計的制作原理和使用方法非常必要.

彈簧測力計主要由彈簧、秤鉤、指針和刻度盤組成.其工作原理是：在彈簧的彈性形變范圍內，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長（即在彈簧的彈性形變范圍內，彈簧的伸長量與拉力成正比）.

彈簧測力計的使用方法有：

1.估計所測力的大小，選擇量程（可測量的范圍）和分度值（刻度盤上每一小格的數值）合適的彈簧測力計.

2.觀察指針是否指在刻度盤的“0”刻度線，若不在，應先校零（通過調節調零螺母或者上下拉動刻度盤使得指針對準“0”刻度線）.

3.測量時，要使彈簧測力計的受力方向沿彈簧的軸線方向，秤鉤不能和外殼產生摩擦（彈簧測力計可以豎直、水平、傾斜進行測量，但是通常不倒置使用）.

4.讀數時，視線要平視指針（如果指針不正好指在刻度線上則要估讀）.

例1 如圖1所示，彈簧測力計的量程是 ，分度值是 ，該彈簧測力計 （能/不能）直接用來測力的大小.需先 ，否則會使測得的值比真實值偏 （大/小）.

解析 了解彈簧測力計的構造，會正確使用彈簧測力計.使用測量儀器前，必須觀察刻度板，了解刻度的單位、量程和分度值，為使用時正確讀數打下基礎.正確使用彈簧測力計，還必須了解測量儀器的構造、作用、原理以及使用方法，這樣才能正確解答有關測量的問題.

使用彈簧測力計前首先應觀察它的量程（測量范圍）：0～5N，再觀察每一大格又分成5小格，每一小格（分度值）為0.2N.由于彈簧測力計未受拉力時，指針已指在0.2N的位置，所以彈簧測力計不能直接用來測量力的大小.需先校零（移動指針或刻度盤，使指針對準零刻度線），否則記錄測量結果時要把未測量時指針所在的位置當做“零”，因此，測得的結果比真實值偏大.

答案 5N 0.2N 不能 校零 偏大

思考 若測量前指針對準零刻度線上方，則測得的結果相比實際值偏大還是偏小？

例2 如圖2所示，為某同學自制的彈簧測力計.他發現彈簧測力計下不掛物體時，彈簧測力計的指針指在A處，當彈簧測力計下掛2N重的鉤碼時，其指針指在B處.根據以上內容，請你給他的彈簧測力計標上刻度.要求：（1）每一大格表示1N且標上數值；（2）每一小格（即分度值）表示0.2N；（3）標明該彈簧測力計的單位.

解析 本題要求同學樣知道彈簧測力計的工作原理，會根據工作原理在刻度板上準確地標注它的刻度及單位.彈簧測力計的工作原理是：在彈簧的彈性形變范圍內，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長（即在彈簧的彈性形變范圍內，彈簧的伸長量與拉力成正比）.所以制成的彈簧測力計刻度板上的刻度是均勻分布的.

在A處標上0；在B處標上2（即最大測量值）；在0刻度線上面標上N（單位）；在0和2刻度線的中點處畫刻度線并寫1；把0與1、1與2之間五等分，標上更小的刻度線，使最小分度值為0.2N.

例3 某同學在用彈簧測力計測量一個物體的重力時，錯將物體掛在拉環上，當物體靜止時，彈簧測力計的讀數為3N，則物體的重力（ ）.

A.一定大于3N

B.一定小于3N

C.一定等于3N

D.以上判斷均不正確

解析 測量時，要使彈簧測力計的受力方向沿彈簧的軸線方向，秤鉤不能和外殼產生摩擦.（彈簧測力計可以豎直、水平、傾斜進行測量，但是通常不倒置使用）.錯將物體掛在拉環上測量物體的重力，實際上就是把彈簧測力計倒置使用.

彈簧測力計校零后倒置，當我們手提秤鉤時，發現指針不再指在零刻度線，此時指針的讀數為彈簧測力計自重大小.當把物體掛在拉環上時，彈簧測力計現在的示數實際上是彈簧測力計自重和物體重力之和（即F示數=G秤+G物），所以物體的重力小于彈簧測力計的讀數3N.應選B.

例4 兩手沿水平方向分別用F1、F2為2N的力拉一彈簧測力計，當彈簧測力計靜止時，則其示數為（ ）.

A.4N B.5N C.2N D.0N

解析 用彈簧測力計測拉力或重力時，實際上都是在向兩邊拉彈簧.只不過通常是將其拉環處固定，其實固定端仍然對彈簧有拉力，而彈簧測力計測量的是其另一端的拉力（即測拉力時實際上也就是測物體對秤鉤的拉力）.

當兩手各用2N的力對拉彈簧測力計時，多數同學往往會誤認為彈簧會向兩端各伸長相當于2N拉力的長度，故得出其示數為4N；還有同學誤認為彈簧兩邊的拉力互相抵消，使彈簧測力計的示數為零.實際上，此時彈簧的伸長量仍然應該是2N拉力的伸長量，其示數為2N.應選C.

例5 2008年春的大雪造成很多房屋垮塌，小明想知道屋頂的雪到底有多重，他找來彈簧測力計和小桶進行了測量.（g

=10N/kg）

（1）①用彈簧測力計測出空小桶的重力為0.2N；

②將小桶里裝滿水，用彈簧測力計測出總重，如圖4所示，大小為 N；

③將小桶里裝滿雪的樣品，用彈簧測力計測出總重為1N.桶中雪的樣品體積是

cm3，雪的樣品密度是 kg/m3.

（2）若屋頂面積為100m2，雪的厚度為30cm，則屋頂雪的總重力是 N.

解析 本題是一道綜合題，涉及彈簧測力計的使用和讀數、重力的計算和密度公式的運用，對同學們的能力要求較高.同學們在認真審題后可做如下分析：

（1）②根據彈簧測力計的分度值是0.2N和指針所指刻度即可讀數：2.2N.

③根據空小桶重力和小桶里裝滿水的總重求出水重，根據裝滿水和裝滿雪可知水和雪的體積是相等的，都等于小桶的容積，即求出水的體積就為雪樣品的體積，再根據雪的重力，求出其質量，然后利用密度公式即可求出雪的樣品密度.

（2）根據屋頂面積為100m2，雪的厚度為30cm，求出屋頂雪的體積，再利用密度公式變形即可求出其質量，然后求出其總重力.

（1）②G總=2.2N.

③G水=G總-G桶=2.2N-0.2N=2N，

V雪=V水=■=■

=2×10-4m3=200cm3，

ρ雪=■=■

=0.4×103kg/m3

（2）V雪總=S×h=100m2×0.3m=30m3，

G雪總=ρ雪gV雪總

=0.4×103kg/m3×10N/kg×30m3=1.2×105N.

例6 小華在課外活動中探究彈簧的長度跟外力的變化關系，利用圖5甲所示實驗裝置記錄了相應實驗數據如下.（g取10N/kg）

（1）這項探究在實際中的應用是

（2）分析實驗數據你可得到的結論是

（3）小華作出了如圖5乙所示的三個圖像，其中正確的圖像是 （填序號）.

解析 （1）首先要把鉤碼的質量對應成鉤碼對彈簧的拉力.由相應的實驗數據分析得到：在0～2.5N范圍內，鉤碼對彈簧的拉力每增加0.5N，彈簧伸長1cm.即在彈簧的彈性形變范圍內，彈簧的伸長量與拉力成正比.根據這一結論在實際中的運用就是彈簧測力計.

（2）結論就是彈簧測力計原理：彈簧的彈性形變范圍內，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長.

（3）由圖看出是拉力-伸長量圖像，應滿足正比關系，圖像必須過原點，所以選擇A、B圖像可以反映拉力和彈簧長度的關系，當拉力為0時，彈簧的原長為2cm.所以圖像過（2，0）點.由拉力增大到3N以上后，彈簧幾乎不再伸長，所以B圖像能反映拉力和彈簧長度的關系.