沪科版（2024）第二节 测量：用弹簧测力计测量力课堂教学课件ppt

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第二节 测量：用弹簧测力计测量力
当地时间3月24日，2024年世界泳联跳水世界杯柏林站比赛结束。当日，中国队选手出战2项，摘得2金。全红婵在女子十米台决赛中以总分432.80分夺得冠军，她的第四跳动作207C（向后翻腾三周半抱膝）获得满分，发挥出了高水平。
想一想跳水运动员向上跳，为什么要向下压跳板？跳板有什么特点？它们是怎样对运动员产生力的作用呢？本节我们学习与弹力相关的内容。
1. 弹性形变和范性形变
（1）弹性形变 ①概念：如图所示，弹簧受力后产生形变，撤去外力后，弹簧能够恢复原状，这种当撤去外力后，受力物体能够恢复原状的形变叫做弹性形变。②弹性限度：任何物体的弹性都有一个限度，超过了这个限度，即使撤去外力，物体也不能恢复原状，这个限度叫做弹性限度。
（2）范性形变如图所示，橡皮泥受到外力后产生形变，撤去外力后，不能恢复原状，这种当撤去外力后，受力物体不能恢复原状的形变叫做范性形变，也叫塑性形变。
（1）实例分析如甲图所示，运动员向下压跳板，跳板受压后变弯，发生形变。同时，由于力的作用是相互的，变弯的跳板也在向上推运动员。在乙图中，当用手拉弹簧时，弹簧受力发生弹性形变；同样，由于力的作用是相互的，弹簧对手也产生一个拉力。这说明，物体发生弹性形变后会产生力。
（2）弹力的概念因物体发生弹性形变而产生的力叫做弹力。（3）产生条件一是两物体直接接触；二是物体间要发生弹性形变，二者缺一不可。弹力是接触力，物体间不接触不会产生弹力，但相互接触的物体间不一定产生弹力。
（3）对弹力的理解①弹力是一种常见的力，我们平时所说的推力、拉力、压力和支持力，都属于弹力的范围。②对一个弹性物体来说，在弹性限度内，物体弹性形变程度越大，其产生的弹力就越大。③弹力是由于物体发生弹性形变而产生的，因此弹力的施力物体是发生形变的物体，受力物体是与它接触使其形变的物体。例如，汽车对地面的压力，是汽车发生弹性形变，汽车是施力物体，地面是受力物体。
（4）弹力的方向以手拉弹簧为例，分析手和弹簧间发生的弹力情况。
手受到弹簧的拉力F′拉
拉力F′拉是由于弹簧发生了弹性形变而产生的弹力
拉力F拉是由于手发生了弹性形变而产生的弹力
（5）几种常见的弹力①压力：压力的作用点在被压物体的表面，方向垂直于接触面指向被压物体。如图甲所示，长方体A在斜面上保持静止，斜面所受的压力F方向垂直于接触面向下，作用点在接触面上。②绳的拉力：作用点在绳与被拉物体的接触点上，方向沿着绳子指向绳子收缩的方向。如图乙所示，绳子对小球的拉力F的方向沿绳子向上。③支持力：作用点在支持物体与被支持物体的接触面上，方向垂直于接触面，指向被支持物体。如图丙所示，物体A受到斜面的支持力，方向垂直斜面向上。
视频讲解—《几种常见的弹力》
【例题1】如图所示，一根弹簧，一端固定在竖直墙上，在弹性限度内用手水平向右拉伸弹簧的另一端，下列有关“弹簧形变产生的力”的描述正确的是（　　）A．弹簧对手的拉力 B．手对弹簧的拉力 C．墙对弹簧的拉力 D．以上说法都不正确
弹簧形变产生的力”，是指弹簧对其他物体（手或墙）施加的力（弹力），所以施力物体为弹簧，受力物体为手。故A正确。
1. 认识弹簧测力计（1）用途：弹簧测力计是一种常用的测量力的大小的工具。（2）构造：如图所示，弹簧测力计主要是由弹簧、挂钩、指针和刻度盘等组成的。 （3）原理 ：在一定范围内拉伸弹簧时，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越大。因此，弹簧的伸长量能反映弹力的大小。（4）其他测力计：为了满足测力的不同需要，人们还制造了其他形式的测力计，如握力计和拉力计。
2. 弹簧测力计的使用
（1）认清量程：在使用弹簧测力计时，应注意加在弹簧测力计上的力不允许超过它的最大测量值，否则会损坏弹簧测力计。（2）认清分度值：认清每个小格表示多少牛。（3）认清零点（调零）：测力前检查弹簧测力计的指针是否指在零刻度线上，若不在，应把指针调节到零刻度线上。（4）注意弹簧的轴线方向：测量时，要使测力计内弹簧的轴线跟所测的力在一条直线上，弹簧不能靠在刻度盘上。
弹簧测力计的量程为0∽5N，分度值为0.2N，示数为3.2N
演示实验——《弹簧测力计的使用》
【例题2】如图所示的测量工具是____________ ，它是用来测量 ________的仪器。量程为________，分度值为________，它的示数是________ 。用它测水平拉力大小时，要先沿________ 方向上调零。
图中所示的是测量力的大小的工具，称为弹簧测力计。由图可知，该弹簧测力计的量程为 ，每1N被分割成5小格，分度值为0.2N，示数为2.2N。使用弹簧测力计测量水平方向拉力大小时，应先在水平方向调零，防止引起测量误差。
力的大小
【例题3】关于图中弹簧测力计的使用，说法错误的是（　　）A．此物体对弹簧的拉力是1N B．使用前指针应指在零刻度线C．该弹簧测力计的分度值是0.2N D．弹簧测力计只能测竖直方向的力
AC．由图知，弹簧测力计每1N中有5小格，每小格为0.2N，分度值为0.2N，示数为1N，所以物体对弹簧的拉力为1N。故AC正确，不符合题意；B．使用前，应观察测力计的指针是否指在零刻度线上，如果不指在零刻度线上，应进行调零，故B正确，不符合题意；D．弹簧测力计可测各个方向的力，在测不同方向的力时，应在不同的方向进行调零，故D错误，符合题意。
4. 拓展—探究弹簧测力计的测力原理
你有没有发现？在生活中，用力拉一根弹簧时，用的力越大，弹簧伸的越长。弹簧伸长的长度与受到的拉力是什么关系？下面一起探究弹簧伸长的长度与受到的拉力的关系。
本实验需要研究弹簧的伸长量与拉力的关系，拉力的改变通过在弹簧下每次增加两个钩码（每个钩码对弹簧的拉力均为0.5N）来实现；弹簧的伸长量通过利用刻度尺测量弹簧的长度得出，装置如图所示。
轻质弹簧、几个质量相同的钩码（每个钩码施加的拉力为0.5N）、刻度尺、铁架台。
①将弹簧的一端挂在铁架台上，让其自然下垂，用刻度尺测出弹簧自然伸长状态时的长度l0，即原长，记入表格中；②在弹簧下挂2个钩码，通过刻度尺读出弹簧的伸长量Δl，记入表格中。③在弹簧下每次增加2个钩码，通过刻度尺读出每次弹簧的总伸长量，记入表格中。④实验完成后，将所有钩码取下，观察弹簧的形状。
伸长的长度Δl =l1-l0
根据实验数据，以拉力F为横坐标，弹簧的伸长量Δl为纵坐标，画出弹簧伸长量Δl与弹簧受到的拉力F的关系图象。
分析图像可知，在0～6N的范围内，图像是一条过原点的倾斜的直线，说明弹簧的伸长量与拉力的大小成正比。
在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越长，且弹簧的伸长量与弹簧受到的拉力成正比。这就是弹簧测力计的测力原理。
当弹簧超过弹性限度时，弹簧的伸长量与所受拉力不再成正比关系，撤去外力，弹簧也无法恢复到原来的形状。
演示实验——《弹簧伸长量与所受拉力的关系 》
实验：用弹簧测力计测量力
三、实验：用弹簧测力计测量力
1. 了解弹簧测力计的构造，学会使用弹簧测力计。2. 用弹簧测力计测量力的大小。
1. 观察弹簧测力计，明确其量程及分度值。2. 检查弹簧测力计指针与零刻度线是否对齐。若没有对齐，把指针调节到零刻度线上。3. 将钩码悬挂于弹簧测力计挂钩上，读出钩码对弹簧测力计的拉力F，将测量结果记录在自己设计的表格中。重复实验。
1. 若将钩码换成物理教科书，怎样测量书对弹簧测力计的拉力？2. 怎样粗略测量一根细棉线能承受的最大拉力？3. 用两个弹簧测力计在水平方向上互相拉，两个测力计的示数有什么关系？
1. 若将钩码换成物理教科书，怎样测量书对弹簧测力计的拉力？
‌（1）观察弹簧测力计的量程和分度值‌‌。确保所测量的力不超过弹簧测力计的量程，以免损坏测力计。‌（2）调零‌：检查弹簧测力计的指针是否指在零刻度线上，如果不在，需要进行调节，使指针对准零刻度线‌。（3）‌测量‌：将书挂在弹簧测力计的挂钩上，然后读取弹簧测力计的示数，这就是书对弹簧测力计的拉力。注意确保测力时力的方向与弹簧的轴线方向一致（4）‌读数‌：读数时，视线要与刻度板表面垂直。
2. 怎样粗略测量一根细棉线能承受的最大拉力？
具体步骤如下：（1）将细棉线的一头系在弹簧测力器的挂钩上。（2）将弹簧测力器的另一端固定，确保细棉线不会滑动。（3）用手慢慢拉细棉线，同时注意弹簧测力器的示数，直到细棉线断的瞬间，记下示数。
3. 用两个弹簧测力计在水平方向上互相拉，两个测力计的示数有什么关系？
两个测力计的示数相等。图中左侧弹簧测力计B对右侧弹簧测力计的拉力与右侧弹簧测力计A对左侧弹簧测力计的拉力是一对相互作用力，因此可观察到两个弹簧测力计的示数相等，说明相互作用力大小相等。
【例题4】使用弹簧测力计测量力的过程中，有如下操作：（1）轻轻来回拉动两次挂钩；（2）把待测物体加在挂钩上；（3）观察弹簧测力计的量程，弄清刻度上每一小格表示多少牛顿；（4）调整弹簧测力计指针的位置（对准零刻线）；（5）待指针稳定后读数。关于测力计的正确使用，合理的顺序是___________；弹簧测力计的工作原理是_______（选填“A”或“B”）A．在一定范围内，弹簧受到的拉力越大，它的伸长越短B．在一定范围内，弹簧的伸长与所受拉力成正比
（3）（1）（4）（2）（5）
弹簧测力计的使用方法第一步是确定量程和分度值，然后要对测力计进行调零使弹簧测力计指针的位置对准零刻度，紧接着将物体竖直挂在测力计的挂钩上，然后待指针稳定下来后在进行读数，故正确的顺序应该是（3）（1）（4）（2）（5）。弹簧测力计最重要的部分是弹簧，弹簧是根据弹力的性质制成的，弹力的性质是：在弹性限度范围内，弹簧的伸长量和受到的拉力成正比，故B符合题意，A不符合题意。故选B。
【例题5】在“用弹簧测力计测量力的大小”实验中：（1）根据力的作用效果可以对力的大小进行测量，弹簧测力计能够测量力的大小，利用的是_______；A．力可以改变弹簧的形状B．力可以改变弹簧的运动方向C．力可以改变弹簧的运动快慢（2）如图所示，在水平桌面上，用弹簧测力计拉着木块运动。实验前的准备步骤是：①将弹簧测力计沿水平方向放置；②对弹簧测力计进行调零；以上两步正确的顺序是______（填序号）。实验时为使弹簧测力计示数稳定，应使弹簧测力计拉着木块做__________运动。
（1）力可以改变物体的形状，在拉力的作用下弹簧形状发生变化，故A符合题意，BC不符合题意。故选A。（2）由图可知弹簧测力计水平方向测量力的大小，一定要水平方向上进行调零，正确的顺序是①②。“用弹簧测力计测量力的大小”实验中，需拉动木块做匀速直线运动，此时拉力大小不变，示数稳定，读数误差小一些。
①弹性形变：物体受力发生形变，撤去外力，能自动恢复原状。②范性形变：物体形变后不能自动恢复原状。③弹力：因物体发生弹性形变而产生的力。①构造：主要由弹簧、挂钩、指针和刻度盘等组成。②原理：在一定的范围内拉伸弹簧时，弹簧受到的拉力越大， 弹簧的伸长量就越大。
测量：用弹簧测力计测量力
①认清量程和分度值。②校零：使用前要检查指针与零刻度线是否对齐。③要使测力计内弹簧的轴线跟所测的力在一条直线上，弹簧不能靠在刻度盘上。④读数时，视线要与指针对应的刻度线垂直。
1．请完成“用弹簧测力计测量力”的实验报告，在报告中简要说明弹簧测力计测量力的道理，并回答“交流讨论”中列出的问题。
“交流讨论”中列出的问题见本ppt第31〜33页。
2． 在撑竿跳高运动中，运动员起跳反，撑竿被压弯，在这个现象中，撑竿发生的是什么形变？说明你的理由。
在撑竿跳高运动中，运动员起跳时，撑竿被压弯，这个现象表明撑竿发生了弹性形变。‌撑竿发生弹性形变的原因是因为运动员对撑竿施加了力，导致撑竿的形状发生改变。当外力撤去后，撑竿能够恢复原状，这说明撑竿具有弹性。‌
3． 如图所示，用手拉弹簧测力计时，弹簧测力计的弹簧发生形变后会对手施加一个作用力，这个力是 _____力，它的方向与手的拉力方向 _____。
弹簧发生弹性形变时产生的力是弹力，弹力的方向跟使物体发生弹性形变的力的方向相反。
4．如图所示，弹簧测力计的测量范围 （量程）是_________ N，指针所指的示数是 _____ N。
该弹簧测力计的测量范围是0~5N，1个大格是1N，1个大格里面有5个小格，每个小格为0.2N，指针所指的示数为2.4N。
5．某同学用橡胶握力器进行锻炼时发现，可轻松地让握力器发生形变，但很难将握力器完全 “捏扁”。你能解释为什么吗？
握力器发生形变时，形变程度越大，所需要的力也越大。所以可轻松地让握力器发生形变，但很难将握力器完全 “捏扁”
6．有同学认为 “使用弹簧测力计时，弹簧测力计必须竖直放置，不得倾斜”，这种看法是否正确？做实验验证你的看法。
这种看法是不正确。如图所示，使用弹簧测力计时，只要被测力的方向与弹簧测力计轴线方向一致就行，并不一定必须竖直提着用。
7． 用橡皮筋、回形针、棉线、小瓶盖、牙膏盒、铁丝、钩码和刻度尺等，动手做一个橡皮筋测力计。观察并记录橡皮筋的伸长量与钩码个数的关系。
（1）取等长等粗的橡皮筋三四根，将它们两端用细线扎在一起。（2）选择一块长方形的小木板，贴上白纸，用作悬挂橡皮筋的支架。在木板上钉一个小钉子，将橡皮筋的上端挂在这个钉子上。（3）在橡皮筋下端拴一根横放的小铁丝作指针，并在支架的白纸上画出铁丝的原始位置。（4）先将一个砝码挂在橡皮筋的下端，测出铁丝的位置，然后逐渐增加砝码，每次都在支架的白纸上标记位置。根据每次标记的位置，计算出每条横线代表的力的大小，从而制作出刻度。‌
1．怎么判断弹力的方向？答：首先判断物体弹性形变的方向，然后根据弹力的方向与物体弹性形变的方向相反，即可判断弹力的方向。2. 示例：两个接触的物体一定会产生弹力吗?为什么?答：不一定。原因是弹力产生的条件是两个接触的物体之间要相互挤压，发生弹性形变。
1. 下列物体所发生的形变中，属于弹性形变的是（　　）A．用力将一张原本平整的纸揉成纸团，纸发生的形变B．用力将橡皮弹弓的橡皮筋拉长，橡皮筋发生的形变C．猛烈的狂风吹折了树枝，树枝发生的形变D．用力将弹簧的钢丝拉直，弹簧发生的形变
A．用力将平整的纸揉成纸团，当纸团不受力时，不能恢复原状，纸的形变不是弹性形变，故A不符合题意；B．用力将橡皮弹弓的橡皮筋拉长，当橡皮筋不受力时，会恢复原状，发生的形变是弹性形变，故B符合题意；
C．狂风吹折了树枝，树枝发生的形变不是弹性形变，当树枝不受力时，不会恢复原状，故C不符合题意；D．用力将弹簧的钢丝拉直，弹簧发生的形变不是弹性形变，当弹簧不受力时，不会恢复原状，故D不符合题意。
2. 一个足球放在一块长木板上，如图所示，木板和足球均发生了弹性形变，关于它们弹力的情况，以下说法错误的是（ ）A．足球受到的支持力是木板产生的弹力B．足球产生的弹力是由于足球的形变造成的C．足球对木板的压力属于弹力D．木板形变是由于木板产生弹力造成的
A．对足球受力分析可知，足球受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力，该支持力是木板由于发生弹性形变要向上恢复原状产生的弹力，故A正确，不符合题意；
BC．足球发生弹性形变，有恢复原状的趋势，所以产生弹力，即对木板的压力，故BC正确，不符合题意；D．木板形变是由于受到足球对它的作用力，不是因为木板要产生弹力造成的，故D错误，符合题意。
3. 北京时间2024年3月4日，2024世界泳联跳水世界杯首个分站赛在加拿大蒙特利尔落幕，中国跳水队包揽本次比赛全部9枚金牌。其中，女子3米跳板跳水，中国运动员陈艺文发挥稳定，顺利夺金。如图所示，当运动员站在三米跳板上时产生的现象中，下列说法正确的是（　　）A．跳板被跳水运动员压弯，发生了弹性形变B．运动员所受的弹力方向向下C．跳板对跳水运动员有弹力作用，跳水运动员对跳板没有弹力作用D．运动员在起跳腾空后仍然受到跳板的弹力
C．物体间力的作用时相互的，跳板对跳水运动员有弹力作用，跳水运动员对跳板也有弹力作用，故C错误；D．运动员在起跳腾空后与跳板间脱离，没有受到跳板的弹力作用，故D错误。
A．跳板被跳水运动员压弯，发生了弹性形变，当跳板不受压力作用时，会恢复原状，故A正确；B．运动员所受的弹力方向向上，运动员在弹力作用上向上运动，故B错误；
4. 如图所示，弹簧测力计的工作原理是___________________ ；正在使用的弹簧测力计指针指在某一位置。这只弹簧测力计的量程是______，分度值是______ 。图中所示的拉力是______。
弹簧测力计是根据一定范围内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比原理制成的。由图可知，该弹簧测力计上，最大示数是5N，所以弹簧测力计的量程为0～5N；其中1N之间有5个小格，一个小格代表0.2N，即弹簧测力计的分度值为0.2N；图中弹簧测力计指针恰好在“4.4”小格处，所以弹簧测力计的示数为4.4N。
在一定的范围内，弹簧的伸长量与其受到的拉力成正比
5. 实验是学生学好物理的重要手段，也是中学生必备的基本技能之一。亲爱的同学请你运用所学物理知识解答下面的问题。（1）如图甲所示的弹簧测力计，使用前，要先______，若直接使用它测量力的大小，则测出的结果比实际值偏 ____ （选填“大”或“小”）；（2）如图乙所示的弹簧测力计的量程是_____ N，此时测力计的示数是_____N；（3）如图丙所示的圆筒测力计，每个色环刻度值为0.5N，则手的拉力为_____N；（4）如图丁是用弹簧测力计测拉力时的情景，使用它存在的错误是拉力方向与弹簧的_____方向不一致。
（1）如图甲所示的弹簧测力计不能直接用来测量力的大小，因为指针没有指在零刻度线上，需要调零。若直接使用它测量力的大小，由于原来已经有了示数，会导致测出的结果比实际值偏大。（2）图乙中的弹簧测力计的最大刻度值是5N，因此量程是0～5N；每1N被分成5等份，故该弹簧测力计的分度值是0.2N，弹簧测力计的示数是3.0N。（3）图丙中每个色环代表0.5N，图中被拉出的色环有4个，则图示中手的拉力为0.5N×4=2.0N。（4）如图丁是用弹簧测力计测拉力时的情景，使用它存在的错误是拉力方向与弹簧的轴线方向不一致，会由于存在较大的摩擦力导致测量结果不准确。
6. 在“用弹簧测力计测量力的大小”的实验中：（1）使用弹簧测力计测量力的过程中，有如下操作：①把待测物体加在挂钩上；②观察弹簧测力计的量程，弄清刻度上每一小格表示多少牛顿；③调整弹簧测力计指针的位置（对准零刻线）；④待指针稳定后读数。关于测力计的正确使用，合理的顺序是_____________；（2）实验方案要求：用手拉挂钩，使指针指到0.1N、0.5N，这样安排的目的是：________________ ；
感受不同的拉力同时检查弹簧拉伸是否灵活
②③①④
（3）如图所示，用弹簧测力计水平拉动木块在水平面上做匀速直线运动时，木块所受的拉力为________N；（4）小武同学猜想：用两个不同的弹簧测力计，分别测量相同的力，示数可能不同。以下设计中，能验证该猜想的是_________。A．测量一根头发能承受的拉力B．测量同一个木块受到的重力C．测量让小武感受相同的拉力D．测量拉动同一个木块的拉力