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知识回顾:
- 弹性:受力形变,不受力恢复到原来形状的形变叫做弹性形变,能发生弹性形变的物体具有弹性。
- 塑性:受力形变,不受力不能恢复到原来形状的形变叫做塑性形变,不能发生弹性形变的物体具有塑性。
- 弹力:物体由于发生弹性形变而产生的力叫做弹力。
今天我们要讲的是弹簧测力计原理
弹簧的伸长量与拉力的关系
如图,是弯弓射箭的图片,关于这个图片同学们应该能知道的事情是:
- 手给弓弦的拉力和弓弦给手的拉力是一对相互作用力
- 两个力都是弹力:物体由于弹性形变而产生的力
- 手给弓弦的拉力越大,弓弦弯曲的越厉害,同时手所感到的弓弦拉力就越大。
- 又如下图的弹簧:
在没有给弹簧施加拉力的时候,弹簧有一个自然长度,我们叫做原长;当给弹簧一个拉力之后,弹簧伸长了,最后伸长到一个新的长度,叫做总长度,包括伸长的长度,一共有三个长度,即:
- 原长
- 伸长
- 总长度
如果我们给弹簧的拉力越大,上面三个长度哪个会变化呢?
很明显,除了原长不会变以外,伸长和总长度都会变化,看来伸长和总长度与拉力的大小有一定关系。
下面是研究弹簧伸长、总长度随着拉力变化的探究实验,我们一起来看一下吧!
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,从数据中我们看到,在最开始拉力为0N的时候,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,且不随着质量、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,也不会跑出初中教材的认知范畴,即L/F应该是一个定值,抛出第一列的(0N,8cm)的数据,我们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
从上面的计算结果可以看出来,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,我们需要把不变量抠出,再去看规律。
最后,我们来看一看伸长与拉力的关系吧!
- (12-8)/2=2
- (14-8)/3=2
- (18-8)/5=2
- (20-8)/6=2
就是这个了,三个长度中,只有伸长与拉来存在正比关系,绘制成图像如图:
如果考虑弹簧的原长,我们也可以绘制出如下图像
对于这个图像,我们需要注意两件事情:
- 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,要先减去原长在进行计算比较
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”,我们可以通过测定弹簧的伸长量,来测量拉力的大小,也就是做成弹簧测力计,其原理是:
在弹性限度内,弹簧受到的拉力 越大,弹簧的伸长量就越长
练习:
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