用什么工具測量力

劉娜

大家還記得沉香劈山救母的傳說嗎.

位于中國陜西省西岳華山西峰頂上，有一塊十余丈長的巨石被齊茬茬地劈開（如圖1），巨石旁邊插著一把七尺高、質(zhì)量約300kg的月牙鐵斧，相傳這就是當(dāng)年沉香劈山救母的地方，巨石叫“斧劈石”，鐵斧叫“開山斧”.大家設(shè)想一下，需要多大的力才能把這十余丈長的巨石劈開呢？我們用什么測量工具來測量這么巨大的力呢？

測量力的大小的工具叫作測力計(jì).生活中常用的測力計(jì)有握力計(jì)、拉力計(jì)、托盤秤等，而初中力學(xué)中常用的測量力的大小的工具叫彈簧測力計(jì).

下面，我們從彈簧測力計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和使用三方面來認(rèn)識彈簧測力計(jì).

1.彈簧測力計(jì)的結(jié)構(gòu)

彈簧測力計(jì)一般由吊環(huán)、彈簧、指針、刻度盤和掛鉤組成，如圖2所示.

圖3是實(shí)驗(yàn)室中常用的幾種彈簧測力計(jì)，雖然它們的形狀、指示刻度的方式各有不同，但是基本結(jié)構(gòu)是相同的，使用方法也是相同的.

2.彈簧測力計(jì)的制作原理

將物體掛在彈簧測力計(jì)的掛鉤下，為何指針?biāo)傅臄?shù)值就代表了物體對彈簧測力計(jì)的拉力大小呢？

我們知道，彈簧可以被拉長，而且在彈性限度內(nèi)去掉外力后可以恢復(fù)到原來的長度.彈簧測力計(jì)就是根據(jù)這個原理制成的：在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量就越長.研究發(fā)現(xiàn)，彈簧的伸長量和所受到的拉力成正比。因此，利用彈簧的伸長量可以量度力的大小，

相反，彈簧也可以被壓縮.而且在彈性限度內(nèi)去掉外力后也可以恢復(fù)到原來的長度.所以，在彈性限度內(nèi)，當(dāng)彈簧受到的壓力越大時，彈簧的壓縮量也會越大.因此，利用彈簧的壓縮量也可以量度力的大小.圖4所示的托盤秤就是應(yīng)用這一原理制成的，

例1 如圖5所示是小剛同學(xué)用一根帶指針的彈簧、一塊硬紙板、一個掛鉤自制的一個彈簧測力計(jì)，要在自制的彈簧測力計(jì)上標(biāo)出刻度值，還需要補(bǔ)充的器材是：____.

解析：由彈簧測力計(jì)的構(gòu)造可知，彈 圖5簧測力計(jì)由吊環(huán)、彈簧、指針、刻度盤和掛鉤組成.而題目中給出的自制彈簧測力計(jì)上只缺少刻度盤.刻度盤的刻度是由于彈簧受外力伸長而在盤上標(biāo)注出的數(shù)值，例如在彈簧的掛鉤沒有受到拉力時，指針?biāo)诘奈恢脴?biāo)注為0；當(dāng)彈簧受到拉力的作用時，彈簧伸長，在指針?biāo)傅奈恢蒙蠘?biāo)注所受的拉力大小.在彈簧的彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量和所受到的拉力成正比，所以彈簧測力計(jì)的刻度是均勻的，在自制彈簧測力計(jì)的過程中，可以選所受重力相同的鉤碼作為外力，用刻度尺記錄并均分刻度，用筆畫出刻線.

答案：幾個質(zhì)量相同的鉤碼、刻度尺、筆

3.彈簧測力計(jì)的使用

正確使用彈簧測力計(jì)是一項(xiàng)基本的物理實(shí)驗(yàn)技能.我們分別從使用前、使用中和使用后三方面來介紹如何正確使用彈簧測力計(jì).

使用前.首先要觀察彈簧測力計(jì)的零刻度線位置、量程、分度值.加在彈簧測力計(jì)上的力不允許超過它的最大測量值.否則會損壞彈簧測力計(jì).所以.最好能對被測量值進(jìn)行預(yù)先估測，選擇合適量程的彈簧測力計(jì)對其進(jìn)行測量.然后，沿彈簧的軸線方向.輕輕來回拉動掛鉤幾次，放手后，觀察指針是否能回到原來指示的位置，以檢查指針、彈簧和外殼之間是否有過大的摩擦.再有，觀察彈簧測力計(jì)的指針是否指在零刻度線的位置，如果不是，則需先調(diào)零，再使用，

在使用彈簧測力計(jì)測量力的大小時，拉力的方向應(yīng)沿彈簧的軸線方向.以免掛鉤與外殼之間產(chǎn)生過大的摩擦.需要注意的是，不可用力猛拉彈簧，或讓彈簧測力計(jì)長久受力，否則會損壞彈簧測力計(jì)，當(dāng)彈簧測力計(jì)的掛鉤掛有物體時，要等指針?biāo)傅氖緮?shù)穩(wěn)定后再讀數(shù)：讀數(shù)時，視線應(yīng)與指針對應(yīng)的刻度線垂直.當(dāng)需要對測量結(jié)果進(jìn)行記錄時，記得要在數(shù)值后面寫上單位，

在用彈簧測力計(jì)測量完力的大小后.需要調(diào)節(jié)彈簧測力計(jì).使指針對齊零刻度線，既是對彈簧測力計(jì)的保護(hù).也是方便下一次測量.

例2 如圖6所示的彈簧測力計(jì).量程是____N，分度值是___N，加在彈簧測力計(jì)下端的拉力為

N.彈簧測力計(jì)是根據(jù)彈簧受到的拉力越大，彈簧的___填“長度”或“伸長量”就越長的原理制成的.

解析：圖6所示的彈簧測力計(jì)的最大示數(shù)是5N，所以彈簧測力計(jì)的量程為0～5N.0—1N之間有5個小格，每個小格代表0.2N，即彈簧測力計(jì)的分度值為0.2N.指針在“1”后的第4個小格處.所以彈簧測力計(jì)的示數(shù)為lN+4x0.2N=1.8N.彈簧測力計(jì)是根據(jù)彈簧受到的拉力越大，彈簧的伸長量越長的原理制成的.

答案：0—5 0.2 1.8伸長量

例3小華在課外探究彈簧的長度跟所受外力的關(guān)系時，記錄了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示.（1）這項(xiàng)研究在實(shí)際中的應(yīng)用是___.

（2）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)你可得到的結(jié)論是____.

（3）用該彈簧所制測力計(jì)的測量范圍是___N.

（4）當(dāng)拉力是25N時，彈簧的伸長量是___cm.

解析：（1）此題是通過實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，通過分析歸納得出彈簧測力計(jì)的測力原理的.相關(guān)知識點(diǎn)有：①研究彈簧的長度跟所受外力的關(guān)系，其在實(shí)際中的應(yīng)用是彈簧測力計(jì)；②彈簧的彈性限度就是彈簧測力計(jì)的測量范圍；③在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與受到的拉力成正比.

（2）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得拉力為0時，彈簧的長度為2cm；拉力為10N時，彈簧的長度為3cm，伸長量為1cm； -直到拉力為40N時，彈簧的長度為6cm，伸長量為4cm.在該范圍內(nèi)，彈簧的伸長量與受到的拉力成正比.拉力大于40N時，彈簧的伸長量不再與拉力成正比關(guān)系.

（3）由表1中的數(shù)據(jù)可知，彈簧的伸長量與受到的拉力成正比的范圍是在0—40N，因此用該彈簧所制測力計(jì)的測量范圍是0—40N.

（4）根據(jù)該比例關(guān)系，當(dāng)拉力是25N時，彈簧的伸長量是2.5cm.

答案：（1）彈簧測力計(jì) （2）在彈性限度范圍內(nèi)，彈簧的伸長量與受到的拉力成正比 （3）0～40（4）2.5

學(xué)即用，練一練：

1.用手將彈簧測力計(jì)拉長，越拉越費(fèi)力，是岡為（）.

A.力是物體對物體的作用，物體間力的作用是相互的

B.因?yàn)槿耸鞘芰Φ奈矬w，所以感到費(fèi)力

C.彈簧越來越緊，阻力大，拉起來費(fèi)力

D.彈簧的伸長量越大，所需拉力越大

2.下列關(guān)于彈簧測力計(jì)的彈簧長度的說法.正確的是（）.

A.彈簧測力計(jì)的彈簧較長.它所受的拉力就較大

B.彈簧測力計(jì)的彈簧伸長量越大，它所受的拉力就越大

C.不同的測力計(jì)，示數(shù)大的測力計(jì)的彈簧長度一定比示數(shù)小的測力計(jì)的彈簧長度長

D.量程大的彈簧長度一定比量程小的彈簧長度長

參考答案：1.D

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