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 力与机械

一　弹力　弹簧测力计

教学目标

1、知识与技能

 知道什么是弹力，弹力产生的条件

 了解弹簧测力计测力的原理

 会正确使用弹簧测力计测量力的大小

2、过程与方法

 经历弹簧测力计的使用过程，进一步掌握使用测量工具的基本方法

3、情感态度和价值观

 对周围生活中弹力应用的实例有浓厚的兴趣，体会科学技术的价值

 通过对弹簧测力计使用的探究，培养学生乐于探索日常服务器中的科学道理的情感，培养学生探索新器件的能力

 在实验中养成严谨的科学态度

教学重点、难点

(1)认识弹力产生的条件

(2)探究弹簧测力计的制作原理，正确使用弹簧测力计

教学准备

教师演示：大弹簧1根、相同质量的钩码若干只、米尺1把、拉力器(多媒体课件、电脑投影设备)

学生分组实验：直尺、橡皮筋、橡皮泥，几只相同的钩码、弹簧测力计

课时安排　1课时

教与学互动设计

(一)创设情景，导入新课

学生实验，注意观察所发生的现象：(可用电脑屏展示学生体验的任务)

(1)将一把直尺的两端分别靠在书上，轻压使它发生变形，体验手感，撤去压力，直尺恢复原状;

(2)取一条橡皮筋拉长，体验手感，松手后，橡皮筋会恢复原来的长度;

(3)取一块橡皮泥，用手捏，使其变形，手放开，橡皮泥保持变形后的形状;

(4)取一张纸，将纸揉成一团再展，纸不会恢复原来形状。

(二)合作交流，解读探究

1、弹力

(1)弹性和塑性

【讨论】让学生对这些实验现象进行分类，说明按什么分类，并要求再举些类似的例子。

(按物体受力变形后能否恢复原来的形状这特性进行分类。)

【点拨】教师：直尺、橡皮筋等受力会发生形变，不受力时又恢复到原来的形状，物体的这种特性叫做弹性;橡皮泥、纸等变形后不能自动恢复原来的形状，物体的这种特性叫做塑性。

(2)弹力

我们在压尺子、拉橡皮筋时，感受到它们对手有力的作用，这种力叫做弹力。

弹力是发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，对跟它接触的物体产生力的作用。(用书上的话说就是“弹力是物体由于弹性形变而产生的”)

弹力是一种很常见的力，日常生活中应用弹力的地方很多。

【观察】让学生看课文，撑杆跳高等都要利用弹力。

【拓展】让学生再举出一些弹力的例子，如：体育运动中的射箭、跳板跳水、蹦极等都利用了弹力。(可让学生观看视频，并配解说)

【点拨】任何物体只要发生弹性形变就一定会产生弹力。同时说明，日常生活中经常遇到的压力、支持力、绳的拉力等，其实质都是弹力。

2、弹簧测力计的工作原理

【观察】请一位男生和一位女生到讲台前，分别拉拉力器。要求其他学生观察，思考：

①弹簧为什么伸长了?

②哪位同学的拉力大?怎么知道他的拉力大?

力的大小不同，产生的效果不同。与学生共同研究力的大小对弹簧伸长的影响。

【讨论】拉力使弹簧伸长：使弹簧伸长大的同学对弹簧施加的拉力大。

再让学生思考：

弹簧受到的拉力与弹簧伸长的长度有什么关系?

【演示】分别在大弹簧下挂1个、2个、3个、4个完全一样的钩码，依次在下面的表格中记下弹簧受到的拉力和弹簧的长度。

实验次数 弹簧受到的拉力F/N 弹簧原长l0/cm 弹簧长度l/cm 弹簧伸长△l=l一l0/cm

1

2

3

4

【点拨】引导学生分析表格中的数据，看看会得出什么结论。

结论：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，它的伸长就越长。

【比较】让学生比较弹簧的长度与伸长的区别。

【点拨】弹簧测力计就是根据弹簧受到的拉力越大，它的伸长就越长这个道理制作的。

【观察】学生看课文图12.1-3、4了解形形色色的测力计。

例解　小华在课外探究弹簧的长度跟外力的变化关系，利用如图12.1-3所示实验装置记录了相应实验数据如下：

钩码的质量/g 0 50 100 150 200 250 300 400

指针的位置/cm 2 3 4 5 6 7 7.5 7.5

(1)这项研究在实际中的应用是　　　　　　　　　　　;

(2)分析实验数据你可得到的结论：　　　　　　　　　　　　　　　　　　。

(3)小华作出了如下(图12.1-4)三个图像。其中正确的是　　　　　(填序号)。

3、弹簧测力计的使用

了解弹簧测力计的构造，由刻度盘、弹簧、指针、挂钩、外壳、挂环构成。

【体验】学生用手拉测力计的挂钩，使指针指到1N、5N、I0N，观察弹簧测力计长度的变化，感受1N、5N、10N的力。

学生把一根头发拴在弹簧测力计上用力拉头发，(用力均匀，使弹簧拉力计弹簧逐渐增长)读出头发拉断时拉力大小。

学生实验时教师注意观察学生是否正确使用弹簧测力计进行测量。

【交流】让学生自己归纳出使用弹簧测力计的方法和注意事项，教师可作适当的指导。

① 所测的力不能大于测力计的测量限度，以免损坏测力计;

② 使用前，如果测力计的指针没有指在零点，那么应该调节指针的位置使其指在零点;

③ 明确分度值：了解弹簧测力计的刻度每一大格表示多少N，每一小格表示多少N;

④ 把挂钩轻轻拉动几下，看看是否灵活?实际测量时，要使测力计内的弹簧轴线方向跟所测的力的方向一致。弹簧不要与弹簧测力计的外壳摩擦。

【交流】

从家里带来的各种商用弹簧秤，交流这些弹簧秤的用法。讨论怎样判断哪个弹簧秤更准确。(称已知质量的砝码，误差小的秤准确。)

(三)应用迁移，巩固提高(根据实际情况，参考选用)

【例题】1　如图12.2-1(甲)所示，用大小相等、方向相反的两个力F1、F2拉弹簧测力计，若两个力的大小均为2N，问：弹簧测力计的示数和两个力的合力各为多少?

【解析】在同直线上方向相反的二力的合成，合力的大小为二力之差，故合力为零。对弹簧测力计的示数，我们可以设想：将弹簧测力计的一端固定在墙上，另一端用2N的拉力拉挂钩，如图12.1-1(乙)所示。显然弹簧测力计的示数为2N。这时，墙面受到弹簧测力计向右的拉力为2N。根据物体间力的作用是相互的，相互作用的力大小相等的原理，墙面对弹簧测力计也有一个向左的拉力，大小为2N。这时弹簧测力计的受力情况与图12.1-1(甲)所示的情况一样，所以图中弹簧测力计的示数为2N。

【评点】　本题考查的是弹簧测力计的示数及二力合成的有关知识。对于不同形式的作用，效果有时是相同的，对不熟悉的问题我们可以根据所学知识转化为较明确的形式来方便解题。

【例题】2　几个同学用同一根弹簧拉力器比试臂力，拉力器上有三根弹簧，结果每个人都能把手臂撑直，则(　)

A.臂力大的人所用拉力大　　　 　B.手臂长的人所用拉力大

C.体重大的人所用拉力大 　　　　D.每个人所用的拉力一样大

【解析】因为弹簧所受拉力的大小与弹簧伸长的长度成正比，弹簧的原长是一固定值，但每个人手臂的长短不同，所以，手臂越长的人撑直手臂时把弹簧拉得越长，使弹簧伸长的越长，所用的拉力也就越大，因此B正确。而对于臂力大的人和体重大的人，如果撑直手臂时使弹簧伸长的不长的话，他们所用的拉力也就不大。答案选B。

【剖析】无论是弹簧测力计，还是弹簧拉力器，其主要构造都有弹簧，制作原理也都是在弹性限度内，弹簧的伸长与所受的拉力成正比。因此，遇到此类题时，判断拉力的大小只需看弹簧伸长的长度就可以了。

(四)总结反思，延伸拓展

本节课我们主要学习了：1、什么是弹力，弹力产生的条件;2、探究弹簧测力计原理和制作弹簧测力计的什么收获;3、怎样正确使用弹簧测力计等。弹簧测力计是利用弹簧在一定的范围内弹簧的伸长与受到的拉力成正比这一性质制成的。关于弹簧的这一性质可以利用实验来加以证明。在研究这一性质时，要注意明确几个概念，弹簧的原长是指弹簧没有受到拉力时的长度，用L0¬表示，弹簧受到拉力F时的长度用L表示。那么，ΔL=L-L0就叫做弹簧的伸长，通过实验可以研究ΔL与F的关系。如果使弹簧受到的拉力每一次相应的也增加相等的长度，相应的刻出来的刻度线间的距离也是相等的，正因为这一原因，所以弹簧测力计的示数是均匀的。

(五)课堂跟踪反馈

【夯实基础】

1.跳水运动员向下压跳板时，受压变弯的跳板也在向上推运动员。像跳板这样因发生而产生的力叫做______。

2.类似于弹簧测力计时弹簧所发生的这一类形变，人们把它称为　　　形变。弹簧测力计是根据_______的原理制成的。

3.使用弹簧测力计时，首先要看清它的_____，也就是它的______。加在弹簧测力计上的力不许超过它的_______，否则会损坏弹簧测力计。

4.下列关于弹簧测力计的使用方法中，错误的是(　)

A.使用弹簧测力计前应先校零

B.弹簧测力计只能竖直使用

C.物体对弹簧测力计拉力不能超过其量程

D.使用弹簧测力计测量时，应使弹簧伸长的方向与拉力的方向一致

5.下列哪个力不属于弹力(　)

A.绳子对重物的拉力 B.万有引力　　C.人对墙的推力 　 D.地面对人的支持力

6.小明同学在研究细线受弹力发生形变时，发现当细线受力到某一值是时，细线就被拉断。他想细线能承受的最大的拉力(细线刚被拉断时受到的拉力)一定跟细线有关。他猜想：

(1)细线能承受的最大的拉力可能与细线的粗细有关。

(2)细线能承受的最大的拉力可能与细线的颜色有关。

请你对“细线能承受的最大的拉力与什么因素有关?”这个问题也提出两种猜想。

猜想1　 　　　　 。

猜想2　 　　　　 。

(3)请你设计一个实验验证小明的猜想1，要求写出实验器材和实验步骤。

(4)为了让实验结论能使人信服，你会怎么做?

【提升能力】

7.小红自制了一个弹簧测力计，并正确地刻上了刻度线，只是在标数字时，把本该标“1”的地方标上了“0”，依次类推，但她还是将指针弄到所标的“0”处。如果用这个测力计来测量力，你认为这对弹簧测力计会产生什么影响?(提示：是影响量程、分度值或测量结果)说出理由。

8.教学演示的示教弹簧测力计下端挂重4N的物体时，弹簧伸长了4cm。那么下面四位同学所设想的实验中，符合实际情况的是(　)

A.将弹簧测力计的弹簧取下，放在光滑水平桌面上，在弹簧两端同时用4N的力去压弹簧，弹簧将缩短4cm

B.在不超过量程的条件下，弹簧测力计下挂5N重的物体时，弹簧伸长5cm

C.将弹簧测力计的弹簧取下，放在光滑水平桌面上，在弹簧两端同时用2N的力去拉弹簧，弹簧将伸长4cm

D.将弹簧测力计倒置，手提住弹簧测力计的挂钩，将重4N的物体挂在弹簧测力计的提环上，静止时弹簧测力计指针指在大于4N的位置

【开放探究】

10.小刚在使用弹簧测力计的过程中发现，不论什么型号的弹簧测力计，它的刻度都是均匀的，他知道弹簧测力计是根据 的道理制成的。他想：这只是一种定性的关系，会不会有某种定量的关系呢?于是他设计并完成了以下的探究实验：

如图12.1-5他将一根弹簧的端固定在一块竖直放置的木板顶端，让弹簧能够自由地伸缩，然后将弹簧自然状态下底端所对的位置做上记号，刻上0，接着用1N、2N、3N……8N的力去拉弹簧，并把把每一个拉力作用下弹簧底端所对的位置做上记号，再测出每一个拉力下弹簧的伸长。

换用另外两根不同的弹簧重做上面的实验， 记录的数据如下表：

第一根：

拉力/N 1 2 3 4 5 6 7 8

伸长/cm 1 2 3 4 5 6 7 8

第二根：

拉力/N 1 2 3 4 5 6 7 8

伸长/cm 0.5 1 1.5 2

第三根：

拉力/N 1 2 3 4 5 6 7 8

伸长/cm 3 6 9 10 10.2 10.3 10.4 10.4

请你帮小刚分析以上数据并回答：

①该实验可得到的结论是(定量) 。

②根据你分析得出的结论。将小刚忘记填上的数据估计一下，并把你估计的数据填在空格中。(假定第二根弹簧实验后恢复原来状态。)

③用第三根弹簧做实验时，发现当用4N及以上的拉力时，弹簧的伸长规律发生了变化，帮小刚找找可能的原因是什么?

④小刚通过实验终于明白了，为什么弹簧测力计的刻度都是均匀的，并且不同的弹簧测力计它的分度值不一样的道理，还有弹簧测力计的量程问题。你明白了吗?说说看。

⑤小刚通过观察，提出问题然后设计并完成实验，最后分析论证得出结论，通过自己主动的科学探究活动从而明白了一些以前不明白的事理，这对你有什么启示?

五、资料链接

弹力

物体在力的作用下会改变形状，例如，竹杆受力可以变弯，弹簧受力可以伸长或缩短(图12.1-6)。物体的形状改变叫形变。发生形变的物体，在一定限度内，当外力消失后，仍能恢复原状。这种能恢复原状的形变，叫做弹性形变。这个限度叫做弹性限度。超过了弹性限度，物体就不能再恢复原状。

用手拉弹簧，使弹簧伸长，手会感到弹簧对手有拉力;用手压弹簧，使弹簧缩短，手会感到对手有推力。这表明，发生弹性形变的物体由于要恢复原状而对阻碍它的物体产生了力的作用，这种力叫做弹力。

从实验知道，在弹性限度内，弹力的大小跟物体形变的大小成正比。例如，弹簧在发生弹性形变时，弹力f的大小跟弹簧伸长(或缩短)的长度x成正比，即

.

式中的 叫倔强系数，单位是N/m。不同的弹簧的倔强系数一般是不同的。

上述规律是英国物理学家胡克(1635-1703)在1660年发现的，叫做胡克定律。弹簧测力计就是根据胡克定律制成的。每个弹簧都有一定的称量范围，不能称量超过称量范围的物，就是为了防止超过弹性限度，以免损坏弹簧测力计。

产生弹力的情况是很多的。例如：放在水平桌面上的书，在重力的作用下使桌面发生微小形变，发生形变的桌面对书产生向上的弹力，这就是桌面对书的支持力(如图12.1-7)。书在重力和桌面弹力作用下也发生微小形变，对桌面也产生弹力，这就是书对桌面的压力。可见通常说的压力和支持力都是弹力。弹力发生在互相接触的物体之间，弹力的方向是跟物体间的接触面垂直的。(摘自《中等师范学校课本<物理学>第一册》)

请你回答：产生弹力的条件有哪些?

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