师:看完视频,大家知道弹簧为什么会伸长吗?
生:因为它受到了拉力的作用。
师:那图中的弹簧伸长相同吗?
生:不相同。
师:为什么不同呢?
生:因为所受的拉力大小不同。
师:根据生活经验,大家能比较出图中拉力的大小关系吗?
生:图中的弹簧所受的拉力越来越大。
师:没错,弹簧受到的拉力越大,就被拉得越长。根据这个关系,我们能不能把弹簧制成测量力的工具呢?弹簧测力计怎样测量呢?这节课我们就一起来学习怎样测量和表示力。我们的学习目标是认识弹簧测力计,并学会使用弹簧测力计。要认识弹簧测力计,得先认识弹簧。我们知道弹簧受到的拉力越大就被拉得越长,那拉力能不能过大?过大会怎样呢?这是一根弹簧,一拉变长了,一松手回来了,这是在弹性限度内;另一根使劲拉成这样,一松回不去了,这就是超出了弹性限度。所以拉力不能过大,拉力过大超过了弹簧的弹性限度,弹簧就被拉坏了。所以我们说在弹性限度内,弹簧受到的拉力越大,就被拉得越长。那弹簧的伸长量跟拉力之间有没有定量的关系呢?下面我们就通过实验来探究。在铁架台上挂一根弹簧,弹簧的旁边放一块纸板,用来做标记。此时没有挂物体,弹簧不受拉力,弹簧所受的拉力就是0牛,把弹簧底端的位置记录在纸板上,此时弹簧的长度就是它的原长。当挂上一个勾码时,弹簧伸长了,已知一个钩码对弹簧的拉力是0.5牛,把弹簧底端的位置记录在纸板上。当挂上两个勾码时,弹簧再次伸长了,两个相同的钩码对弹簧的拉力是1牛,把弹簧底端的位置记录在纸板上。当挂上三个勾码时,弹簧伸得更长了,三个相同的钩码对弹簧的拉力是1.5牛,把弹簧底端的位置记录在纸板上。全部记好以后,用刻度尺来测量弹簧每次伸长的长度,并把结果记录在表格内。这里f是拉力,单位是牛,Δl在这里代表的就是弹簧的伸长量。需要注意,弹簧的伸长量不是弹簧的长度,而是弹簧伸长以后的长度减去原来的长度。比如,如果一个弹簧它的原长是10厘米,伸长以后的长度是15厘米,那它的伸长量就是15厘米 - 10厘米,也就是5厘米。伸长量的单位在这里是厘米。当拉力为0牛时,弹簧没有伸长,此时的伸长量就是0厘米;当拉力为0.5牛时,伸长量是1.00厘米;当拉力是1牛时,伸长量是2.00厘米;当拉力是1.5牛时,伸长量是3.00厘米。然后在图像中处理数据,图像的纵轴是拉力,横轴是伸长量。根据数据先在图像中描点,第一个点0牛对应的是0厘米,第二个点0.5牛对应的是1厘米,第三个点1牛对应的是2厘米,第四个点1.5牛对应的是3厘米,然后再连线。观察图像,大家有没有什么发现?
生:这是一个正比例函数图像。
师:对,也就是说弹簧的伸长量跟它所受的拉力成正比关系,用表达式表达就是f = kΔl ,k在这里就是比例系数,不同的弹簧k值不同,但是需要注意,要在弹簧的弹性限度内,弹簧的伸长量跟所受的拉力才成正比。这个规律是英国科学家胡克在很多年前发现的,所以叫做胡克定律。那根据这个规律就可以制作弹簧测力计了,大家想制作一个弹簧测力计吗?
生:想。
师:既然在弹性限度内,弹簧的伸长量跟所受的拉力成正比,那根据正比关系,我们就可以在纸板上均匀地划分刻度。把0牛和1牛之间的伸长量等分为10个小格,那每一小格的伸长量对应的就是0.1牛,还可以继续往下扩展,把1牛和2牛之间的伸长量等分为10个小格,同样可以继续往下扩展,但是不能超过弹簧的弹性限度。分好刻度以后,把弹簧和带有刻度的纸板组合在一起,上端固定,使弹簧的底端对准零刻度线。这样弹簧受拉力伸长时,底端到达几牛的刻度线,它所受的拉力就是几牛,就可以测量拉力的大小了,一个简易的弹簧测力计就制成了。为了使用方便,还要给弹簧加上吊环、指针、挂钩还有刻度板。观察一下这个弹簧测力计,它的测量范围也就是量程是多少?
生:量程是0 - 2牛。
师:那它的分度值呢?
生:分度值是0.1牛。
师:这就是弹簧测力计的结构。那弹簧测力计制成以后,怎样使用它来测量拉力的大小呢?测量前,首先要选择量程和分度值合适的弹簧测力计。观察一下这个弹簧测力计,它的量程是多少?
生:量程是0 - 5牛。
师:那它的分度值又是多少呢?在0牛和1牛之间有5个小格,所以每一小格是多少?
生:每一小格是0.2牛,所以分度值是0.2牛。
师:不同的弹簧测力计量程和分度值不同,我们在使用前首先要选择量程和分度值合适的弹簧测力计,所测拉力的大小不能超过弹簧测力计的量程,否则就会损坏弹簧测力计。选好以后还要来回轻轻地拉一拉,检查弹簧的弹性和摩擦,拉一拉,检查弹簧的弹性是否良好,检查摩擦大不大,如果摩擦大的话也会影响测量结果。检查好以后还要观察弹簧的零刻度线,看看指针是否对准零刻度线,如果没有对准零刻度线,这个时候还需要调零,使指针对准零刻度线。对于这样的条形盒状的弹簧测力计,它上面的刻度板可以上下移动,所以移动刻度板来调零;对于这种纸板式的弹簧测力计,它上面的指针可以上下移动,通过移动指针来调零。调好零以后就可以开始测量了。那测量的时候弹簧测力计应该怎么放呢?比如我要测量这串钥匙对弹簧测力计的拉力,由于钥匙对弹簧测力计的拉力在竖直方向,所以弹簧测力计也要竖直放置,使弹簧的伸长方向跟所测力的方向在同一条直线上。如果这样放,弹簧的伸长方向跟所测力的方向不在同一条直线上,测量时指针弹簧就会靠在刻度板上,摩擦过大就会影响测量结果。那是不是弹簧测力计就不能倾斜使用呢?
