弹簧测力计的工作原理及弹力方向

欢迎来到【胡子物理】，一个值得您信任的掌上物理家教！

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：

有不会的同学，可以私信胡子老师哦！

公布1.26日、1.27日习题答案。