7.2力的测量

7.2力的测量

课程目标

1. 了解弹簧测力计测力的原理。

2. 会正确使用弹簧测力计测量力的大小。

知识点精析

知识点：怎样测量力

在实验室中，测量力最常用的工具是弹簧测力计.

(1)主要构造：弹簧、指针、刻度板、拉钩、吊环、外壳.

(2)制作原理，在弹性限度内，弹簧伸长的长度与受到的拉力成正比. (3)使用时应注意的问题：

①观察弹簧测力计的量程及分度值，加在弹簧测力计的力不能超过其量程. ②使用前将测力计的指针调到零.

③使用时力的方向应与弹簧的轴线一致. ④读数时，视线应与刻度板面垂直.

(4)总结：用弹簧测力计正确测量力时要做到“三清一查不倒挂”.

①认清量程：每个测力计都有它的最大测量范围，使用时先估计所测力的大小，选取合适量程的测力计.

②认清零刻度：测前检查测力计的指针是否指在零刻度线，若不在，则要将指针通过调零旋扭调到零刻度线，若调不到零要记好零点误差.

③认清分度值，每个测力计都有它的分度值，所以使用前要认清每小格代表多少牛. ④检查弹簧是否损坏，指针是否与测力计外壳摩擦. ⑤测的力(物)一定要挂在测力计的挂钩一端，严禁倒挂.

题型1 弹簧测力计的使用

[例1] 某同学在用弹簧测力计测量一物体的重力时，错将物体挂在了拉环上，当物体静止时，弹簧测力计的读数为10.0N,则物体的重力为( )

A.一定等于10.0N B.一定小于10.ON C.一定大于10.0N D.以上判断都不正确 解析，本题考查的知识点是弹簧测力计的构造及正确使用方法，熟练掌握弹簧测力计的构造、原理、使用时的注意事项，是判断这类题目的关键. 答案 B

名师警示 本题容易出错的原因是错把物体挂在了拉环上，这样就把弹簧测力计的自身重量也加在了弹簧测力计的示数上，因此弹簧测力计示数l0.0包含物重和测力计的自身重力.

题型2 用数学方法研究弹簧弹力计

[例2] 学校科技活动小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计，他们选取了甲、乙两种规格的弹簧进行测试，绘出如图3-2-1所示图象，图中OA段和OB段是弹性形变，若他们要制作量程较大的弹簧测力计，应选用____弹簧；若制作精确程度较高的弹簧测力计，应选用____弹簧.

解析 由图象可知，甲、乙两种规格的弹簧在受到 同样的拉力时，甲伸长的长度(发生的弹性形变)大，便于观察，所以它适合制作精确程度较高的弹簧测力

计；再由图象可知，甲在OA段发生的弹性形变的最大拉力为4N,而乙在OB段发生的弹性形变的最大拉力为8N,因此，乙适合制作量程较大的弹簧测力计. 答案 乙 甲

技巧点拨 用图象法表示物理量之间的关系是物理学很重要的研究方法，对图象要认真观察，弄清其含义；还要正确理解弹簧测力计的测量原理，结合题目中所给的具体条件，综合做出分析、判断，即可得到正确的结果.

题型3 设计制作弹簧测力计

[例3] 请你利用下列简单工具来估测手对弹簧的拉力，实验工具：一根硬弹簧，一把刻度尺，一个50N重的钩码，写出简要实验设计方案. 解析 根据弹簧测力计的制造原理去设计即可. 答案 (1)利用刻度尺测出弹簧不受拉力时的原长L0；

(2)用细线将50N的钩码拴在弹簧的下面，将弹簧轻轻提起，用刻度尺测出弹簧的长度

L1；

(3)去掉钩码，用手去拉弹簧，再用刻度尺测出弹簧此时的长度L2； (4)因为弹簧的伸长跟受到的拉力成正比，所以有如下关系：

F1:F2?(L1?L0):(L2?L0),则手对弹簧的拉力F2?50(L2?L0)N.

L1?L0技巧点拨 本实验考查学生怎样利用身边简单工具估测拉力大小，主要运用了弹簧测力计的制造原理，即在弹性限度内，弹簧伸长的长度与受到的拉力成正比，用字母表示为

F1:F2??L1:?L2,其中?L1?L1?L0，?L2?L2?L0即这两次弹簧伸长的长度，而不是这两

弹簧的长度.

基础达标演练

1. 小星和小华分别购买了两只不同品牌的乒乓球，为了比较两只乒乓球的弹性大小，他们设计了几种方案，你认为能够解决这个问题的最好方案是( ) A.把两球向墙掷去，比较它们反弹后离墙的距离

B.让两球置于乒乓桌面上方同一高度自由落下，比较它们反弹的高度 C.用乒乓球拍分别击打两球，比较两球飞出去的距离 D.用手捏乒乓球，比较它们的硬度

2. (2008·江西)如图3-2-2所示，拉力F的大小是3.6N,请你在图中画出指针所处的位置.

3. (2010·蚌埠)实验室常用的弹簧秤如图3-2-3甲所示，弹簧的一端与连接有挂钩的拉杆相连，另一端固定在外壳上的O点，外壳上固定一个圆环，整个外壳重为G,弹簧和拉杆的质量忽略不计，现将该弹簧秤以如图乙和丙的两种方式固定在地面上，并分别用同样的力F0(F0?G)竖直向上拉弹簧秤，则稳定后弹簧秤的读数分别为( )

A.乙图读数为F0?G,丙图读数为F0?G B.乙图读数为F0?G,丙图读数为F0?G C.乙图读数为F0,丙图读数为F0?G D.乙图读数为F0?G,丙图读数为F0

4.一根弹簧原长10cm,挂5N物体时，弹簧长度为12.5cm；若挂8N的物体时，弹簧的长度为多少？(设不超过弹簧的弹性范围)

5.王芳同学在研究弹箕的伸长与拉力大小的关系实验时，得到如下数据.

实验结束后，加在弹簧自由端的拉力消失，弹簧长度回到15cm.

(1)弹簧的伸长跟受到的拉力有什么关系？ (2)每增加1N的力，弹簧应伸长多少？

(3)如果用这根弹簧做成弹簧测力计，那么这个弹簧测力计的量程是多少？

答案与提示

1.B(提示：选项A和C很难控制好变量；弹性与硬度无直接关系.) 2.如图3-2-4所示.

3.D(提示：用F0的力向上拉圆环时，弹簧受到的力为F0?G,所以读数为F0?G.) 4.在弹性限度内，弹簧伸长的长度跟受到的拉力成正比，所以我们要先判断弹簧伸长的长度是多少，由题意知，挂5N的物体时，弹簧的伸长量为?L1?L1?L0?2.5cm,再由比例式

F1?L1?,可求得.?L2?4cm,所以此时弹簧的长度为L2?10cm?4cm?14cm. F2?L25.(1)在一定范围内(8N内),弹簧的伸长跟拉力的大小成正比 (2)0.5cm(提示：根据上一步结论计算可得) (3)8N

能力拓展

考点剖析

难点：与弹力相关的探究

探究弹性形变与所受到的力(压力或拉力)的关系在近年来的中考题中出现的频率比较高，通常以实验设计、图象或表格信息、问题讨论题等形式命题，在考查学生综合探究能力、数学图象识别能力和实验设计能力，解答此类习题时应注意以下几点：

(1)正确区分弹性和塑性，应知道弹簧不是一定就有弹力，弹力也不是弹簧独有的力. (2)注意任何物体的弹性都有限度.

(3)实验设计要注意用好“控制变量法”.

(4)总结规律时注意相关条件. 综合探究

题型1 弹簧测力计的读数 [例1] 如图3-2-5所示，用大小相等、方向相反的两个力F1、F2拉弹簧测力计，若两个力的大小均为2N,问：弹簧测力计的示数为多少？

解析 对弹簧测力计的示数，我们可以设想：将弹簧测力计的一端固定在墙上，另一端用2 N的拉力拉挂钩，如图3-2-6所示，显然弹簧测力计的示数为2N,这时，墙面受到弹簧测力计向右的拉力为2N.根据物体间力的作用是相互的，相互作用的力大小相等的原理，墙壁对弹簧测力计也有一个向左的拉力，大小为

2N.这时弹簧测力计的受力情况与图3-2-5所示的情况一样，所以图中弹簧测力计的示数为 2N.

答案 弹簧测力计的示数为2 N.

技巧点拨 本题考查的是弹簧测力计的示数及力的平衡的有关知识，对于不同形式的作用，效果有时是相同的，对不熟悉的问题我们可以根据所学知识转化为较明确的形式来方便

解题.

题型2 关于弹簧测力计的测力原理探究

[例2] 如图3-2-7所示，我们用手拉弹簧，它就会伸长；用手压弹簧，它就会缩短，针对影响弹簧的伸长或缩短的因素，请你提出一个猜想，并简述验证猜想的实验方法. (1)猜想： (2)验证猜想的实验方法： 解析 根据生活经验，很容易想到弹簧的伸长或缩短可能跟受到的拉力和压力有关，当然其他猜想也可以，要明确需要测量的物理量有：弹簧的原长、弹簧受到的压力或压力、弹簧的伸长或缩短量；至少要测量两次弹簧的伸长或缩短,才能进行比较，最后分析得出结论.

答案 (1)弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长就越大大，弹簧缩短的长度就越大.

(2)方法一 ：①把弹簧固定在铁架台上，用直尺测出或弹簧受到的压力越L0②在弹簧下面挂上钩码，记下钩码重

G1,用直尺测出弹簧的长度L1,得到伸长量?L1?(L1?L0);③增加挂在弹簧下面的钩码数

量，记下这时钩码重G2,用直尺测出弹簧的长度L2，得到?L2?(L2?L0)；④比较?L1与?L2就可验证猜想.

方法二：①把弹簧竖放在水平桌面上(固定),用直尺测出弹簧原长L0；②在弹簧上面加压砝码，记下砝码重G1,用直尺测出弹簧的长度L1,得到缩短量?L1?(L0?L1);③增加砝码的数量，记下这时砝码重G2，用直尺测出弹簧的长度L2,得到缩短量?L2?(L0?L2);④比较?L1与?L2可验证猜想.

技巧点拨 弹簧越拉越费劲，原因是弹簧伸长的越长，形变程度越大，产生的弹力越大，由于物体间力的作用是相互的，所以越拉越费力；同时要注意区分弹簧的原长、弹簧伸长到的长度、弹簧的伸长，它们是不一样的.

思维拓展训练 1. (2011·黄冈)在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量成正比，即其中F=kx，其中F为弹力大小，x为伸长量，k为弹簧的劲度系数，已知某弹簧劲度系数为100 N/m,原始长度为10cm,则在弹力为5N时，弹簧长度可能为( )

A.10cm B.15cm C.20cm D.25cm

2. (2011·安徽)如图3-2-8所示，利用弹簧测力计测量一块秒表的重力时，使测力计内弹簧伸长的力是( )

A.秒表的重力 B.秒表和测力计的总重力 C.秒表对弹簧的拉力 D.弹簧对秒表的拉力

3.把弹簧测力计的一端固定在墙上，一个人用10 N的力沿水平方向拉弹簧测力计，弹簧伸长4 cm,现两个人分别用10 N的拉力沿水平方向拉弹簧测力计的两端，则弹簧的伸长量是____,弹簧测力计的示数是____N.

4.小红利用一根橡皮筋自制了一个测力计，发现它的量程大小(只有1 N), 使用价值不大，小红想提高测力计的量程(变1 N为2 N),初步拟定了以下几种方案： (1)换一根相同的橡皮筋，然后改变刻度达到要求； (2)加一根相同的橡皮筋，然后改变刻度，提高量程； (3)直接改变刻度方法，把刻上1 N的地方换成2 N；

(4)直接在刻1 N的地方下面继续按比例加刻刻度，直至2 N. 你认为可行的方案是____,另外几种方案不可行的理由是什么？

5. (2011·济宁)在“制作橡皮筋测力计”的活动中，同学们发现：在一定的范围内，橡皮筋受到的拉力越大，橡皮筋的长度越长，根据这一现象，小明和小丽提出如下猜想(见图3-2-9).究竟谁的猜想正确呢？他们决定一起通过实验来验证自己的猜想.

(1)要完成实验，除了需要一根橡皮筋、若千个相同的钩码、铁架台和细线外，还需要的器材是____

(2)小明和小丽的实验记录数据如下表：

①没有挂钩码时，橡皮筋的长度F0=____cm.

②请将表格中第3行的数据补充完整.

③要判断小丽的猜想是否正确，应对表格中的哪两行数据进行分析比较？ 答：应对____(填序号)两行数据进行比较.

④分析表格中的数据，你认为实验能初步验证谁的猜想是正确的？答：_____你是如何分析数据并做出此判断的？请简要写出你的判断依据：_____ 答案与提示

1.B(提示：弹力为5 N时，弹簧将伸长5 cm,加上原长10 cm,共为15 cm) 2.C(提示：弹簧因为受到向下的拉力而伸长.) 3.4 cm 10(提示：两个人用同样的力拉弹簧测力计的两端，跟一个人用同样的力拉固定在墙上的弹簧测力计的一端，效果是相同的，所以弹簧测力计示数相同，弹簧的伸长也相同.) 4.方案(2)理由：方案(1)不行的原因是：换相同的橡皮筋，量程和原来的一样，不会改变；方案(3)不行的原因是：只改变刻度，会使测量结果不准确；方案(4)不行的原因是：超过了橡皮筋的测量范围，橡皮筋的伸长不再跟受到的拉力成正比，橡皮筋将被拉坏，不能再使用. 5. (1)刻度尺

(2)①4.5 ②1.8 ③1、2 ④小明 橡皮筋伸长的长度与每次的拉力的比值为一常数 (或拉力扩大几倍，橡皮筋伸长的长度也扩大几倍)

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