学习新课二、弹簧测力计 1. 测力计 (1)测力计:测量力的大小的工具叫作测力计。 如图所示,人们制造了多种类型的测力计。各种各样的测力计被广泛应用于生活、生产和科学实验中。 物理实验室中常用的测力计是弹簧测力计。 
2. 弹簧测力计 (1)弹簧测力计的结构 常用的弹簧测力计的主要构造有弹簧、指针、刻度盘、挂钩等。如图所示是实验室常用的一些弹簧测力计。 
(2)弹簧测力计的使用方法 ①认清量程和分度值:加在弹簧测力计上的力不允许超过它的最大测量值,否则会损坏弹簧测力计。如下图所示,弹簧测力计的量程为0⁓5N,分度值为0.2N,示数为3.6N。 
②检查零刻度线:检查弹簧测力计的指针是否指在零刻度线上,若不在,调节弹簧测力计,使指针与零刻度线重合。 ③沿弹簧的轴线方向轻轻来回拉动挂钩几次,放手后观察指针能否回到零刻度线的位置,以防弹簧卡壳。 ④拉力的方向与弹簧的轴线方向一致,以免挂钩杆与外壳之间产生过大的摩擦。 ⑤读数时,视线要与指针对应的刻度线垂直。 ⑥记录数据要带单位。读数时不需要估读。 ⑦待测的力(物体)一定要在弹簧测力计的挂钩一端,严禁倒挂。 3. 实验——练习使用弹簧测力计 (1)用手拉弹簧测力计的挂钩,并分别使指针指到1 N、3 N、5 N的位置,感受1 N、3 N、5 N的力。 (2)测量身边小物体对弹簧测力计的拉力。 ① 把文具袋悬挂在弹簧测力计的挂钩上,文具袋对弹簧测力计的拉力F1=。 ② 用弹簧测力计沿水平方向拖动桌面上的文具袋,测量文具袋对弹簧测力计的拉力F2=。 (3)用两个弹簧测力计在水平方向上互相拉,看看谁对谁的拉力更大些,想想为什么? 
分析:图中左侧弹簧测力计对右侧弹簧测力计的拉力与右侧弹簧测力计对左侧弹簧测力计的拉力是一对相互作用力,因此可观察到两个弹簧测力计的示数相等,说明相互作用力大小相等。 【播放视频】——《弹簧测力计》 4. 实验“探究弹簧测力计的测力原理” 【提出问题】你有没有发现?在生活中,用力拉一根弹簧时,用的力越大,弹簧伸的越长。弹簧伸长的长度与受到的拉力是什么关系?下面一起探究弹簧伸长的长度与受到的拉力的关系。 
【设计实验】本实验需要研究弹簧的伸长量与拉力的关系,拉力的改变通过在弹簧下每次增加两个钩码(每个钩码对弹簧的拉力均为0.5N)来实现;弹簧的伸长量通过利用刻度尺测量弹簧的长度得出,装置如图所示。 【实验器材】弹簧、钩码(数个)、铁架台、刻度尺等。 【进行实验】 (1)将弹簧悬挂在支架上,用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度L0,即原长,记入表格中; (2)在弹簧下挂2个钩码,用刻度尺读出弹簧的伸长量△L,记入表中。 (3)在弹簧下每次增加2个钩码,通过刻度尺读出每次弹簧的总伸长量,记入表格中。 (4)实验完成后,将所有钩码取下,观察弹簧的形状。 实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 拉力F/N | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 弹簧伸长量 ΔL/cm | 0 | 0.40 | 0.80 | 1.70 | 1.60 | 2.00 | 2.40 |
【数据处理】根据实验数据,以拉力F为横坐标,弹簧的伸长量ΔL为纵坐标,画出弹簧伸长量ΔL与弹簧受到的拉力F的关系图象。 【分析论证】分析图像可知,在0~6N的范围内,图像是一条过原点的倾斜的直线,说明弹簧的伸长量与拉力的大小成正比。 【实验结论】通过实验可以发现,在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长量就越长,且弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比,这就是弹簧测力计的测力原理。 【交流与评估】当弹簧超过弹性限度时,弹簧的伸长量与所受拉力不再成正比关系,撤去外力,弹簧也无法恢复到原来的形状。 【播放视频】——《弹簧的伸长量与拉力的关系》 【例题3】关于如图所示的弹簧测力计,以下说法正确的是() A.弹簧测力计的量程及最小分度值分别是0~5N和1N B.弹簧测力计的弹簧伸长越长,它所受的拉力就越大 C.使用弹簧测力计只能测出竖直方向上的拉力而无法测出水平方向上的拉力 D.量程大的测力计弹簧长度一定比量程小的测力计弹簧长度长 【答案】B. 【解析】A. 由图示弹簧测力计可以看出,其量程为0~5N,分度值为0.2N。故A错误; B. 弹簧测力计是根据弹簧受到的拉力越大,弹簧伸长的越长这个道理做成的;故B正确; C. 使用弹簧测力计既能测出竖直方向上的重力,又能测出水平方向上的拉力,只要挂钩与外壳平行即可,故C错误; D. 量程是弹簧测力计所能测的最大力,与弹簧的长度无关,量程大的弹簧长度不一定比量程小的弹簧长度大;故D错误。所以选B。  

【例题4】某同学在探究弹簧的特点时,得出了弹簧的长度与弹簧受到的拉力的关系如图所示。请回答下列问题: (1)这根弹簧的原长是cm; (2)弹簧在受到6N的拉力时,弹簧比原来伸长了cm,此时弹簧发生了(选填“弹性”或“塑性”)形变; (3)分析图象及有关数据,你可得出的结论是:。 【答案】(1)2;(2)6,弹性;(3)在弹性限度内,弹簧的伸长量与受到的拉力成正比。 【详解】(1)读图可知,当拉力为0时,弹簧的长度为2cm,这就是它的原长。 (2)弹簧在受6N拉力时,其长度为8cm,则其伸长量为 8cm-2cm=6cm,由图像可以看出,此时伸长量与拉力成正比,此时弹簧发生了弹性形变。 (3)从图中可以看出,在拉力不大于6N的范围内,弹簧的长度与拉力的变化图线呈线性变化,说明在弹性限度内,弹簧的伸长量与拉力成正比。 5. 材料的力学性能 【提出问题】学生阅读课本第9页,回答问题。 (1)材料的力学性能包括哪些? (2)美国挑战者号航天飞机在升空时意外爆炸的原因是什么? (3)具有特殊力学性能的新材料,有什么特点? 【归纳总结】 (1)材料的力学性能通常包括弹性、塑性、脆性等,它们是设计各种工程结构时选用材料的重要依据。无论何种材料,受力时一般要发生形变,有的发生弹性形变,有的发生塑性形变(形变后不能自动地恢复原来的形状)。不同材料发生弹性形变、塑性形变的难易程度不同。 (2)1986年1月28日,美国挑战者号航天飞机在升空时意外爆炸,其原因是航天飞机上有一个环形圈,在低温下,变得非常坚硬,密封效果变差,造成燃料泄漏,酿成惨剧。 (3)新材料:很多具有特殊力学性能的新材料。例如,有的材料虽然很轻,但是强度很高,例如铝合金、碳纤维等。有的合金材料还具有形状记忆功能,用这种材料制作的产品,经过冷却,可以揉成一团,受热后形状又会自动恢复。 |