彈簧測力計的制作與改制

金海峰

[摘 ? 要]彈簧測力計是初中科學實驗中重要的測量工具，制作彈簧測力計的過程可以讓學生更深刻地理解它的工作原理和使用方法。通過將彈簧測力計改制成密度計，能讓學生更好地理解浮力大小與液體密度的關系及密度計的刻度特點。

[關鍵詞]彈簧測力計;制作;改制;密度計

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0054-02

彈簧測力計是七年級下冊第3章第2節(jié)《力的存在》中介紹的測量工具。教材安排了如圖1的實驗活動，先通過活動讓學生體會彈簧測力計是利用彈簧“受力大，伸長長”的原理來測量力的大小，再進一步學習彈簧測力計的使用。教材中的活動使學生對彈簧測力計的原理有了定性的認識，我們還可以通過讓學生參與彈簧測力計的制作，幫助學生進一步理解“彈簧的伸長與受到的拉力成正比”，這樣也有助于彈簧測力計的規(guī)范使用。

一、彈簧測力計的原理

測量是將某一個物理量與標準（即單位）比較的過程。力的測量就是將力的作用效果與標準（即已知力的作用效果）比較的過程，如果一個力的作用效果與1 N力的作用效果相同，這個力的大小就是1 N。

胡克定律：彈簧在發(fā)生彈性形變時（彈性限度范圍內），彈簧的彈力F和彈簧的伸長量（或壓縮量）[Δx]成正比，即F= -k·[Δ]x，k是彈簧的倔強系數，負號表示彈力的方向總與彈簧形變（伸長或壓縮）的方向相反。

根據胡克定律，在彈性限度內彈簧的伸長長度與所受拉力的大小成正比，在確定1 N力的作用效果以后，容易確定更大的力或更小的力的作用效果。

二、彈簧測力計的制作

（一）材料

三夾板、三夾板刀、彈簧（直徑0.04 cm的304不銹鋼，彈簧的原長4.6 cm、外圈直徑1.1 cm、倔強系數6 N/m）、金屬絲、刻度尺、鉤碼、記號筆。

（二）步驟

1.量程選定

根據選定彈簧的倔強系數與原長確定量程，選擇合適長度的三夾板作為面板。因材料中的彈簧原長為4.6 cm、倔強系數為6 N/m，當受到1 N的拉力作用時，彈簧伸長約為16.7 cm，綜合考慮彈簧的彈性形變限度、操作的便利等因素，確定量程為1 N較為合適，故三夾板面板長度選30 cm左右。

2.面板制作

鏤空的長度要考慮量程和彈簧原長，讓彈簧伸長時不受阻礙，用刀片將三夾板中間鏤空22 cm左右。

3.部件組裝

按圖2甲所示準備各部件，并按圖2乙所示組裝各部件。

4.刻度標定

懸掛彈簧測力計，讓彈簧自由下垂，在指針所指的面板位置標出0刻度線，用兩個50 g的鉤碼掛在小鉤上，在指針所指的面板位置標注1 N（g取10 N/kg），如圖3甲。然后將標記的“0”刻度和“1”刻度間的部分均分為10等份，如圖3乙，分別標注刻度。量出一小格的長度，再依次標出相應的示數。

（三）注意事項

（1）固定拉環(huán)的兩個小孔應水平，且與中軸線等距，固定彈簧的小孔應處在面板的中軸線上。

（2）指針要與彈簧下端的鐵絲垂直，且要穩(wěn)定。

（3）標0刻度時，要將彈簧測力計懸掛，使彈簧自由下垂。

（4）拉桿要直，尤其是要減少與面板下端的摩擦。

（5）制作過程中要小心謹慎，防止劃傷。

三、拓展鏈接

彈簧測力計改制成簡易密度計。

（一）原理

將一物體掛在彈簧測力計上緩慢放入水中至完全浸沒，此時物體受到三個力：物體的重力G物，物體受到的浮力F浮，彈簧測力計對物體向上的拉力F拉，三個力之間的關系滿足：G物=F浮+F拉。因為物體是完全浸沒的，則V排液=V物，根據阿基米德原理得G物= [ρ]液gV物+F拉，ρ液=[1gV物] （G物-F拉）。因為g、V物、G物是常數，所以液體的密度和物體所受拉呈成線性關系，根據這個原理可將彈簧測力計改制成簡易密度計，且其刻度是均勻的。

（二）制作過程

1.材料

彈簧測力計、藥瓶、玻璃膠、酒精、水、塑料桶、細線、沙、刻度尺。

2.步驟

（1）瓶子改裝

根據彈簧測力計的量程在瓶內放入適量的沙子，在瓶蓋中央打一小孔，將細線伸入并打結后用玻璃膠封口，如圖4。

（2）刻度標定

在塑料桶中放入適量的水，將藥瓶懸掛在彈簧測力計下，緩慢放入水中至完全浸沒，彈簧測力計指針所指的位置標為1.0 g/cm3，如圖5甲。取出藥瓶后放入酒精中至完全浸沒，指針所指的位置標為0.8 g/cm3，如圖5乙;然后將標記“0.8”刻度和“1”刻度間的部分均分為10等份，分別標注刻度;最后量出一小格的長度，再依次標出相應的示數，如圖5丙。

3.注意事項

根據燒杯的直徑選擇盡量大的瓶子，瓶內裝入沙子后使總重力盡量接近彈簧測力計的量程。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

趙凱華，張維善.新概念高中物理讀本[M].北京：人民教育出版社，2016.

（責任編輯 易志毅）