彈性:受力形變,不受力恢復(fù)到原來形狀的形變叫做彈性形變,能發(fā)生彈性形變的物體具有彈性。塑性:受力形變,不受力不能恢復(fù)到原來形狀的形變叫做塑性形變,不能發(fā)生彈性形變的物體具有塑性。彈力:物體由于發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力叫做彈力。今天我們要講的是彈簧測力計(jì)原理
彈簧的伸長量與拉力的關(guān)系
如圖,是彎弓射箭的圖片,關(guān)于這個(gè)圖片同學(xué)們應(yīng)該能知道的事情是:
手給弓弦的拉力和弓弦給手的拉力是一對相互作用力兩個(gè)力都是彈力:物體由于彈性形變而產(chǎn)生的力手給弓弦的拉力越大,弓弦彎曲的越厲害,同時(shí)手所感到的弓弦拉力就越大。又如下圖的彈簧:
在沒有給彈簧施加拉力的時(shí)候,彈簧有一個(gè)自然長度,我們叫做原長;當(dāng)給彈簧一個(gè)拉力之后,彈簧伸長了,最后伸長到一個(gè)新的長度,叫做總長度,包括伸長的長度,一共有三個(gè)長度,即:
原長伸長總長度如果我們給彈簧的拉力越大,上面三個(gè)長度哪個(gè)會(huì)變化呢?
很明顯,除了原長不會(huì)變以外,伸長和總長度都會(huì)變化,看來伸長和總長度與拉力的大小有一定關(guān)系。
下面是研究彈簧伸長、總長度隨著拉力變化的探究實(shí)驗(yàn),我們一起來看一下吧!
這次實(shí)驗(yàn)的研究目的是“探究彈簧的長度L與拉力F的關(guān)系”。
在這里,我們一定要弄清他所研究的是哪個(gè)長度:原長?伸長?總長?
這就要從數(shù)據(jù)的分析入手了。
首先,從數(shù)據(jù)中我們看到,在最開始拉力為0N的時(shí)候,彈簧的長度已經(jīng)是8cm,這說明什么?
這說明這8cm是彈簧的原長,它是不會(huì)隨著拉力的變化而變化的,所以可以排除“探究原長隨拉力的變化規(guī)律”這種可能性了。
其次,在初中的數(shù)量關(guān)系中,我們只學(xué)習(xí)正比關(guān)系,如ρ=m/v。
所謂正比,就是兩個(gè)物理量的比值是一個(gè)定值,如密度就是這樣一個(gè)物理量:同一種物質(zhì)的密度,其質(zhì)量與體積的比值就是一個(gè)定值,且不隨著質(zhì)量、體積的變化而變化。
同理,如果彈簧長度與拉力存在數(shù)量關(guān)系的話,也不會(huì)跑出初中教材的認(rèn)知范疇,即L/F應(yīng)該是一個(gè)定值,拋出第一列的(0N,8cm)的數(shù)據(jù),我們看看后面的數(shù)據(jù)是否符合正比規(guī)律:
12/2=614/3=4.6718/5=3.620/6=3.33從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出來,彈簧的長度L與拉力F沒有這種關(guān)系,因?yàn)檫@個(gè)長度是總長,而總長包括了一個(gè)不變量原長和一個(gè)變化量伸長,我們需要把不變量摳出,再去看規(guī)律。
最后,我們來看一看伸長與拉力的關(guān)系吧!
(12-8)/2=2(14-8)/3=2(18-8)/5=2(20-8)/6=2就是這個(gè)了,三個(gè)長度中,只有伸長與拉來存在正比關(guān)系,繪制成圖像如圖:
如果考慮彈簧的原長,我們也可以繪制出如下圖像
對于這個(gè)圖像,我們需要注意兩件事情:
圖像起點(diǎn)不在原點(diǎn),因?yàn)樽铋_始的拉力為0N,而彈簧的長度卻不是0cm,而是8cm。在比較伸長與拉力的關(guān)系時(shí),要先減去原長在進(jìn)行計(jì)算比較彈簧伸長量與拉力成正比的前提
雖然彈簧伸長量與拉力成正比,但是這也是有前提的:就是不能超出彈簧的彈性限度,否則彈簧將從彈性形變變成塑性形變,之后就不是正比關(guān)系了,這個(gè)同學(xué)們需要注意一下。
彈簧測力計(jì)的原理
利用“伸長量與拉力的關(guān)系”,我們可以通過測定彈簧的伸長量,來測量拉力的大小,也就是做成彈簧測力計(jì),其原理是:
在彈性限度內(nèi),彈簧受到的拉力 越大,彈簧的伸長量就越長
練習(xí):