《6.探究弹簧测力计的测力原理》

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6.探究弹簧测力计的测力原理一、探究过程1.如图所示，将弹簧固定在铁架台上，旁边放一刻度尺，记下弹簧下端的初始位置。（刻度尺用于测量弹簧的长度）2.然后逐个增挂钩码，使弹簧所受的拉力逐渐增大，通过刻度尺测出每次弹簧的伸长量ΔL。（弹簧的伸长量等于总长度减去原长）3.将数据记录在下表中。实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8钩码数 0 1 2 3 4 5 6 7弹簧伸长量ΔL/cm 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 4.54.以钩码数为横轴，以弹簧的伸长量ΔL为纵轴建立坐标系，将表中的数据在坐标系中描点作图，得到钩码数与ΔL的关系如下图所示。警醒：AB段弹簧的伸长量与拉力不成正比，原因是弹簧所受拉力超过了它的弹性限度。探究结论：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越大，且弹簧的伸长量与拉力成正比。提醒：弹簧的伸长量等于弹簧拉伸后的长度减去弹簧的原长。二、科学方法：转换法的应用弹簧的长度变化是可以直接观察、测量的，力的大小是看不见、摸不着的，但是力的大小却和弹簧的长度变化有关系，所以可以用弹簧长度的变化量来量度力的大小，这种解决问题的方法是转换法。与之类似，用温度计测量温度也应用了转换法。三、误差分析测量工具的精度：使用高精度的测量工具可以减小误差。环境因素：环境温度、湿度等因素可能影响实验结果，需要在恒温、恒湿条件下进行实验。弹簧自身质量：弹簧自身质量可能影响实验结果，需要选择质量较小的高精度弹簧。操作误差：操作过程中可能存在误差，如砝码悬挂不垂直等，需要规范操作。四、典例引领例题：在课外探究弹簧的长度L与拉力F的关系时，实验记录的数据如下表所示，请根据实验记录的数据，在图中画出L-F图像，并根据图像读出F= 1 N时，L=________cm，说明理由。F/N 0 2 3 5 6L/cm 8 12 14 18 20解析：这次实验的研究目的是“探究弹簧的长度L与拉力F的关系”。在这里，我们一定要弄清他所研究的是哪个长度：原长？伸长？总长？这就要从数据的分析入手了。首先，从数据中看到，最开始拉力为0N时，弹簧的长度已经是8cm，这说明什么？这说明这8cm是弹簧的原长，它是不会随着拉力的变化而变化的，所以可以排除“探究原长随拉力的变化规律”这种可能性了。其次，在初中的数量关系中，我们只学习正比关系，如ρ=m/V。所谓正比，就是两个物理量的比值是一个定值，如密度就是这样一个物理量：同一种物质的密度，其质量与体积的比值就是一个定值，且不随质量、体积的变化而变化。同理，如果弹簧长度与拉力存在数量关系的话，也不会超出初中教材的认知范畴，即L/F应该是一个定值，排除第一列的（0N，8cm）的数据，看看后面的数据是否符合正比规律：12/2=6、14/3=4.67、18/5=3.6、20/6=3.33，从这里的计算结果可以看出，弹簧的长度L与拉力F没有这种关系，因为这个长度是总长，而总长包括了一个不变量原长和一个变化量伸长，需要把不变量抠出，再来看规律。最后，看一看伸长与拉力的关系！（12－8）/2=2、（14－8）/3=2、（18－8）/5=2、（20－8）/6=2，就是这个有关系了，三个长度中，只有伸长与拉力存在正比关系，绘制成图像如图：如果考虑弹簧的原长，也可以绘制出如下图像对于这个图像，我们需要注意两点：图像起点不在原点，因为最开始的拉力为0N，而弹簧的长度却不是0cm，而是8cm。在比较伸长与拉力的关系时，要先减去原长，再进行计算比较。弹簧伸长量与拉力成正比的前提：虽然弹簧伸长量与拉力成正比，但是这也是有前提的，就是不能超出弹簧的弹性限度，否则弹簧将从弹性形变变成塑性形变，之后就不是正比关系了，这个同学们需要注意一下。弹簧测力计的原理：利用“伸长量与拉力的关系”，可以通过测定弹簧的伸长量，来测量拉力的大小，即弹簧测力计的原理是：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长。五、熟能生巧1.小华在课外探究：弹簧的伸长量跟所受拉力的变化关系，利用如图甲所示实验装置记录了相应实验数据如下：（g=10N/kg）钩码质量/g 0 50 100 150 200 250 300 400指针位置/cm 2 3 4 5 6 7 7.5 7.5（1）根据数据分析可知弹簧的原长为________cm。（2）小华作出了如图乙三个图像，其中正确的是图_______。（3）分析实验数据可知，若用此弹簧做成弹簧测力计，量程是____________。答案：（1）2；（2）2；（3）0~2.5N。2.如图所示，探究弹簧形变与外力的关系，弹簧下挂一只钩码，受到的外力是0.5N，数据记录表中。实验次数 1 2 3 4 5 6悬挂钩码数/只 0 1 2 3 4 5弹簧长度/cm 6.00 6.80 7.60 8.40 9.20 10.00（1）实验中使用的测量工具是___________，弹簧形变的大小用___________表示。（2）根据实验数据可知，弹簧受到1N的外力作用，伸长_________。实验结论是____________________________________________。（3）画出弹簧的伸长量与外力的关系图。图像表明，弹簧的伸长量与外力成_______比。答案：（1）刻度尺；弹簧的伸长量；（2）1.6cm；随着外力的增大，弹簧的伸长量增加；（3）正。3.（2023 广州）小明计划制作一个简易弹簧测力计，要求：①测量范围为0～30N；②分度值为1N；③用木板M做刻度板；④相邻两刻度线之间的距离相等且适当大一些。为了满足上述要求，小明对已有的四根弹簧做了如下测试：如图1，把弹簧挂在竖直木板M上，测出弹簧原长L0，如图2，把30N的重物挂在弹簧下端，测出弹簧总长L。测试结果如表。请你帮小明选择一根最合适的弹簧，并说明不选其他三根的理由。____________________________________。弹簧代号 甲 乙 丙 丁l0/cm 2.00 4.00 4.00 8.00l/cm 20.00 22.00 6.10 35.00取走重物后弹簧能否恢复原状 不能 能 能 能答案：乙最合适，因为把30N的重物挂在弹簧下端，弹簧甲发生了塑性形变，不能恢复原状；弹簧丙会使刻度间距太小，不便读数；弹簧丁超过了最大测量范围。

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