莊國(guó)金

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué).在實(shí)驗(yàn)過程中，要不斷地通過實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)測(cè)量來搜集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，以此分析問題，歸納和總結(jié)物理規(guī)律.其中彈簧測(cè)力計(jì)是初中階段一個(gè)非常重要的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，了解并掌握彈簧測(cè)力計(jì)的制作原理和使用方法非常必要.

彈簧測(cè)力計(jì)主要由彈簧、秤鉤、指針和刻度盤組成.其工作原理是：在彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長(zhǎng)（即在彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力成正比）.

彈簧測(cè)力計(jì)的使用方法有：

1.估計(jì)所測(cè)力的大小，選擇量程（可測(cè)量的范圍）和分度值（刻度盤上每一小格的數(shù)值）合適的彈簧測(cè)力計(jì).

2.觀察指針是否指在刻度盤的“0”刻度線，若不在，應(yīng)先校零（通過調(diào)節(jié)調(diào)零螺母或者上下拉動(dòng)刻度盤使得指針對(duì)準(zhǔn)“0”刻度線）.

3.測(cè)量時(shí)，要使彈簧測(cè)力計(jì)的受力方向沿彈簧的軸線方向，秤鉤不能和外殼產(chǎn)生摩擦（彈簧測(cè)力計(jì)可以豎直、水平、傾斜進(jìn)行測(cè)量，但是通常不倒置使用）.

4.讀數(shù)時(shí)，視線要平視指針（如果指針不正好指在刻度線上則要估讀）.

例1 如圖1所示，彈簧測(cè)力計(jì)的量程是 ，分度值是 ，該彈簧測(cè)力計(jì) （能/不能）直接用來測(cè)力的大小.需先 ，否則會(huì)使測(cè)得的值比真實(shí)值偏 （大/?。?

解析 了解彈簧測(cè)力計(jì)的構(gòu)造，會(huì)正確使用彈簧測(cè)力計(jì).使用測(cè)量?jī)x器前，必須觀察刻度板，了解刻度的單位、量程和分度值，為使用時(shí)正確讀數(shù)打下基礎(chǔ).正確使用彈簧測(cè)力計(jì)，還必須了解測(cè)量?jī)x器的構(gòu)造、作用、原理以及使用方法，這樣才能正確解答有關(guān)測(cè)量的問題.

使用彈簧測(cè)力計(jì)前首先應(yīng)觀察它的量程（測(cè)量范圍）：0～5N，再觀察每一大格又分成5小格，每一小格（分度值）為0.2N.由于彈簧測(cè)力計(jì)未受拉力時(shí)，指針已指在0.2N的位置，所以彈簧測(cè)力計(jì)不能直接用來測(cè)量力的大小.需先校零（移動(dòng)指針或刻度盤，使指針對(duì)準(zhǔn)零刻度線），否則記錄測(cè)量結(jié)果時(shí)要把未測(cè)量時(shí)指針?biāo)诘奈恢卯?dāng)做“零”，因此，測(cè)得的結(jié)果比真實(shí)值偏大.

答案 5N 0.2N 不能 校零 偏大

思考 若測(cè)量前指針對(duì)準(zhǔn)零刻度線上方，則測(cè)得的結(jié)果相比實(shí)際值偏大還是偏??？

例2 如圖2所示，為某同學(xué)自制的彈簧測(cè)力計(jì).他發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)下不掛物體時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的指針指在A處，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)下掛2N重的鉤碼時(shí)，其指針指在B處.根據(jù)以上內(nèi)容，請(qǐng)你給他的彈簧測(cè)力計(jì)標(biāo)上刻度.要求：（1）每一大格表示1N且標(biāo)上數(shù)值；（2）每一小格（即分度值）表示0.2N；（3）標(biāo)明該彈簧測(cè)力計(jì)的單位.

解析 本題要求同學(xué)樣知道彈簧測(cè)力計(jì)的工作原理，會(huì)根據(jù)工作原理在刻度板上準(zhǔn)確地標(biāo)注它的刻度及單位.彈簧測(cè)力計(jì)的工作原理是：在彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長(zhǎng)（即在彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力成正比）.所以制成的彈簧測(cè)力計(jì)刻度板上的刻度是均勻分布的.

在A處標(biāo)上0；在B處標(biāo)上2（即最大測(cè)量值）；在0刻度線上面標(biāo)上N（單位）；在0和2刻度線的中點(diǎn)處畫刻度線并寫1；把0與1、1與2之間五等分，標(biāo)上更小的刻度線，使最小分度值為0.2N.

例3 某同學(xué)在用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量一個(gè)物體的重力時(shí)，錯(cuò)將物體掛在拉環(huán)上，當(dāng)物體靜止時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)為3N，則物體的重力（ ）.

A.一定大于3N

B.一定小于3N

C.一定等于3N

D.以上判斷均不正確

解析 測(cè)量時(shí)，要使彈簧測(cè)力計(jì)的受力方向沿彈簧的軸線方向，秤鉤不能和外殼產(chǎn)生摩擦.（彈簧測(cè)力計(jì)可以豎直、水平、傾斜進(jìn)行測(cè)量，但是通常不倒置使用）.錯(cuò)將物體掛在拉環(huán)上測(cè)量物體的重力，實(shí)際上就是把彈簧測(cè)力計(jì)倒置使用.

彈簧測(cè)力計(jì)校零后倒置，當(dāng)我們手提秤鉤時(shí)，發(fā)現(xiàn)指針不再指在零刻度線，此時(shí)指針的讀數(shù)為彈簧測(cè)力計(jì)自重大小.當(dāng)把物體掛在拉環(huán)上時(shí)，彈簧測(cè)力計(jì)現(xiàn)在的示數(shù)實(shí)際上是彈簧測(cè)力計(jì)自重和物體重力之和（即F示數(shù)=G秤+G物），所以物體的重力小于彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)3N.應(yīng)選B.

例4 兩手沿水平方向分別用F1、F2為2N的力拉一彈簧測(cè)力計(jì)，當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)靜止時(shí)，則其示數(shù)為（ ）.

A.4N B.5N C.2N D.0N

解析 用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力或重力時(shí)，實(shí)際上都是在向兩邊拉彈簧.只不過通常是將其拉環(huán)處固定，其實(shí)固定端仍然對(duì)彈簧有拉力，而彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量的是其另一端的拉力（即測(cè)拉力時(shí)實(shí)際上也就是測(cè)物體對(duì)秤鉤的拉力）.

當(dāng)兩手各用2N的力對(duì)拉彈簧測(cè)力計(jì)時(shí)，多數(shù)同學(xué)往往會(huì)誤認(rèn)為彈簧會(huì)向兩端各伸長(zhǎng)相當(dāng)于2N拉力的長(zhǎng)度，故得出其示數(shù)為4N；還有同學(xué)誤認(rèn)為彈簧兩邊的拉力互相抵消，使彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為零.實(shí)際上，此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)量仍然應(yīng)該是2N拉力的伸長(zhǎng)量，其示數(shù)為2N.應(yīng)選C.

例5 2008年春的大雪造成很多房屋垮塌，小明想知道屋頂?shù)难┑降子卸嘀?，他找來彈簧測(cè)力計(jì)和小桶進(jìn)行了測(cè)量.（g

=10N/kg）

（1）①用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出空小桶的重力為0.2N；

②將小桶里裝滿水，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出總重，如圖4所示，大小為 N；

③將小桶里裝滿雪的樣品，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出總重為1N.桶中雪的樣品體積是

cm3，雪的樣品密度是 kg/m3.

（2）若屋頂面積為100m2，雪的厚度為30cm，則屋頂雪的總重力是 N.

解析 本題是一道綜合題，涉及彈簧測(cè)力計(jì)的使用和讀數(shù)、重力的計(jì)算和密度公式的運(yùn)用，對(duì)同學(xué)們的能力要求較高.同學(xué)們?cè)谡J(rèn)真審題后可做如下分析：

（1）②根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的分度值是0.2N和指針?biāo)缚潭燃纯勺x數(shù)：2.2N.

③根據(jù)空小桶重力和小桶里裝滿水的總重求出水重，根據(jù)裝滿水和裝滿雪可知水和雪的體積是相等的，都等于小桶的容積，即求出水的體積就為雪樣品的體積，再根據(jù)雪的重力，求出其質(zhì)量，然后利用密度公式即可求出雪的樣品密度.

（2）根據(jù)屋頂面積為100m2，雪的厚度為30cm，求出屋頂雪的體積，再利用密度公式變形即可求出其質(zhì)量，然后求出其總重力.

（1）②G總=2.2N.

③G水=G總-G桶=2.2N-0.2N=2N，

V雪=V水=■=■

=2×10-4m3=200cm3，

ρ雪=■=■

=0.4×103kg/m3

（2）V雪總=S×h=100m2×0.3m=30m3，

G雪總=ρ雪gV雪總

=0.4×103kg/m3×10N/kg×30m3=1.2×105N.

例6 小華在課外活動(dòng)中探究彈簧的長(zhǎng)度跟外力的變化關(guān)系，利用圖5甲所示實(shí)驗(yàn)裝置記錄了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下.（g取10N/kg）

（1）這項(xiàng)探究在實(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）小華作出了如圖5乙所示的三個(gè)圖像，其中正確的圖像是 （填序號(hào)）.

解析 （1）首先要把鉤碼的質(zhì)量對(duì)應(yīng)成鉤碼對(duì)彈簧的拉力.由相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得到：在0～2.5N范圍內(nèi)，鉤碼對(duì)彈簧的拉力每增加0.5N，彈簧伸長(zhǎng)1cm.即在彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，彈簧的伸長(zhǎng)量與拉力成正比.根據(jù)這一結(jié)論在實(shí)際中的運(yùn)用就是彈簧測(cè)力計(jì).

（2）結(jié)論就是彈簧測(cè)力計(jì)原理：彈簧的彈性形變范圍內(nèi)，作用在彈簧上的拉力越大，彈簧被拉得越長(zhǎng).

（3）由圖看出是拉力-伸長(zhǎng)量圖像，應(yīng)滿足正比關(guān)系，圖像必須過原點(diǎn)，所以選擇A、B圖像可以反映拉力和彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系，當(dāng)拉力為0時(shí)，彈簧的原長(zhǎng)為2cm.所以圖像過（2，0）點(diǎn).由拉力增大到3N以上后，彈簧幾乎不再伸長(zhǎng)，所以B圖像能反映拉力和彈簧長(zhǎng)度的關(guān)系.