第二节 测量：用弹簧测力计测量力（教学设计）物理新教材沪科版八年级全一册

该初中物理教学设计聚焦弹力概念、弹簧测力计原理及规范使用，通过《考工记・弓人》古代制弓记载导入，承接力的基本概念，搭建从力的定性认识到定量测量的学习支架，为后续力学探究奠定实验技能基础。 资料特色在于文化情境融入与实验探究结合，以古代弹力应用激发兴趣（科学态度与责任），通过分组实验规范操作弹簧测力计、设计自制测力计（科学探究），培养误差分析与创新能力（科学思维），助力学生提升实验技能，为教师提供结构化教学流程与丰富实践素材。

第二节 测量：用弹簧测力计测量力（教学设计） 年级 八年级全一册 学科 物理 教师 课题 第二节 测量：用弹簧测力计测量力 教学 目标 物理观念 1. 认识弹力的概念与产生条件，区分弹性形变与范性形变； 2. 掌握弹簧测力计的工作原理与基本构造，建立弹力与形变相联系的物理认知体系； 3. 知道常见的弹力类型，理解弹力方向与形变方向的关系。 科学思维 1. 理解弹力与弹性形变的内在关联，推导弹簧伸长量与拉力的对应关系； 2. 辨析弹簧测力计的操作正误，培养归纳推理与误差分析的科学思维能力； 3. 能运用弹力知识分析生活中的形变现象，提升逻辑辨析能力。 科学探究 1. 能规范使用弹簧测力计测量力的大小，完成钩码拉力等测量实验； 2. 学会观察量程、分度值与校零操作，提升实验操作与数据读取的探究能力； 3. 能设计简单的自制测力计实验，培养动手实践与创新能力。 科学态度 与责任 1. 养成规范操作、爱护实验器材的实验习惯； 2. 体会古代弹力应用的智慧，认识测力工具对科学发展的支撑作用； 3. 树立严谨求实的计量意识，培养精益求精的实验态度。 教材 分析 本节是第六章《熟悉而陌生的力》的实验技能课，承接上一节力的基本概念，是初中力学第一个定量测量实验，也是后续力学探究的重要技能基础。以《考工记・弓人》的古代制弓记载引入，系统讲解形变的分类、弹力的概念、弹簧测力计的结构原理与规范使用，通过分组实验落实操作技能，拓展自制测力计与误差分析。本节课既是力的作用效果的深化与定量延伸，也是培养学生实验操作能力、误差分析能力的重要载体，融入传统文化、工程应用与科学方法教育，对学生建立规范的实验素养具有奠基作用。 学情分析 1. 知识储备：学生已掌握力的作用效果之一是改变物体形状，对弹簧、橡皮筋的弹性有丰富的生活经验，但对弹力的产生条件、弹力方向的理解不系统，容易认为只有弹簧才产生弹力。 2. 能力特点：学生动手实验兴趣浓厚，但对弹簧测力计的操作细节不重视，容易忽略校零、轴线共线等要求；对实验误差的分析能力薄弱，只能判断对错，不能分析偏差方向。 3. 学习特点：学生对动手操作类内容积极性高，但容易重操作轻原理，对操作规范的物理意义需要系统引导。 教学重点 1. 弹力的定义与产生条件，弹性形变与范性形变的区分； 2. 弹簧测力计的工作原理与基本构造； 3. 弹簧测力计的规范使用步骤与读数方法。 教学难点 1. 理解弹力的方向与形变方向的关系，建立弹力的矢量认知； 2. 准确把握弹簧测力计的操作细节，理解轴线共线等要求的物理意义； 3. 分析操作不当带来的测量误差，判断测量值的偏差方向。 教学 器材 分组实验器材：弹簧测力计、钩码、物理课本、橡皮筋、回形针、刻度尺； 演示器材：不同类型测力计（握力计、数显测力计）、形变演示器（弹簧、海绵、橡皮泥）； 多媒体素材：古代弓弩应用视频、弹簧测力计规范操作演示动画。 教师活动 学生活动 导入新课 【文化情境引入】引用《考工记・弓人》：“凡为弓，和筋与角，张而弦之，力有所生。” 讲解：早在春秋战国时期，弓弩便广泛应用于军事与狩猎。古人在制弓实践中发现：弓拉得越满，箭矢射得越远，说明形变程度越大，产生的弹力就越大。汉代的弩机更是将弹力的运用推向高峰。 提出问题：弹力是怎样产生的？如何精准测量力的大小？ 引入课题：今天我们就学习弹力的概念，掌握弹簧测力计的规范使用方法。 感受古代弹力应用的智慧，结合生活经验思考弹力与形变的关系； 对弹力的产生与测力方法作出猜想，明确本节课的学习主题与实验任务。 学习新课 一、弹力 1. 形变的分类 演示实验：分别拉弹簧、捏海绵、捏橡皮泥、弯折铁丝，撤去外力后观察现象。 引导分类： - 弹性形变：撤去外力后，物体能自动恢复原状的形变。例如：拉弯的弓、拉长的弹簧。 - 范性形变（塑性形变）：撤去外力后，物体不能自动恢复原状的形变。例如：捏扁的橡皮泥、折弯的铁丝。 2. 弹力的概念 讲解：物体发生弹性形变而产生的力，叫做弹力。 产生条件：① 物体相互接触；② 发生弹性形变。二者缺一不可。 弹力方向：始终与物体的形变方向相反，指向恢复原状的方向，且总是与接触面垂直。 举例：常见的弹力有拉力、支持力、压力，本质上都是弹力。 辨析：书本放在桌面上，桌面发生微小弹性形变，对书产生支持力；书也发生微小形变，对桌面产生压力。 3. 典例分析 讲解课件例 1、例 2，巩固弹力的概念、产生条件与方向判断。 观察演示实验，对比不同形变的特点； 理解弹性形变与范性形变的区别； 掌握弹力的定义、产生条件与方向； 理解支持力、压力等常见弹力的本质； 完成典例练习，巩固弹力的概念辨析。 学习新课 二、认识弹簧测力计 1. 结构与工作原理 展示弹簧测力计实物，讲解主要结构：弹簧、挂钩、指针、刻度盘、外壳。 工作原理：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长量就越大（弹簧的伸长量与拉力大小成正比）。 说明：正是利用弹簧伸长量与拉力的定量关系，可以通过刻度反映力的大小。 2. 弹簧测力计的使用规范 总结使用步骤与规范： 使用前： ① 看量程：明确测量范围，待测力不能超过量程，否则损坏弹簧； ② 看分度值：明确每一小格代表的力的大小，掌握测量精度； ③ 校零：检查指针是否对准零刻度线，若未对齐则调节至零。 测量时： ④ 轴线共线：弹簧的轴线方向要与所测力的方向在同一直线上；弹簧不能靠在刻度盘上，避免摩擦影响精度。 读数时： ⑤ 待指针稳定后读数，视线与指针所在刻度相平。 3. 拓展：其他测力计 介绍不同场景的测力工具： - 生活常用：握力计、便携式拉力计、弹簧秤； - 专业测量：数显测力计、压力测力计、高精度电子测力计。 4. 典例分析 讲解课件例 3，巩固弹簧测力计的原理与刻度分析。 观察弹簧测力计的结构，认识各部分名称； 理解弹簧测力计的工作原理； 掌握使用前、测量时、读数时的规范要求； 理解每一步操作的物理意义； 了解不同类型的测力工具； 完成典例练习，巩固原理与刻度分析。 学习新课 三、实验：用弹簧测力计测量力 1. 实验目的与器材 明确实验目的：认识弹簧测力计构造，掌握正确使用方法，会用弹簧测力计测量力的大小。 实验器材：弹簧测力计、钩码、物理课本。 2. 实验步骤 分步引导学生操作： 步骤一：观察仪器：记录弹簧测力计的量程和分度值； 步骤二：校零调节：竖直悬挂测力计，检查指针是否对准零刻度线，调零； 步骤三：测量钩码拉力：将钩码挂在挂钩上，待指针稳定后读数，记录数据； 步骤四：重复实验：更换不同数量的钩码，重复测量，记录数据； 步骤五：拓展测量：测量物理课本对测力计的拉力。 学生分组实验，教师巡视指导，纠正不规范操作。 3. 交流讨论 引导学生讨论三个问题： ① 如何测量书对弹簧测力计的拉力？ 总结：竖直悬挂测重力，水平匀速拉动测滑动摩擦力。 ② 如何粗略测量细棉线能承受的最大拉力？ 总结：缓慢增大拉力，直到棉线断裂，此时示数即为最大拉力。 ③ 两个弹簧测力计水平相互对拉，示数有什么关系？ 总结：示数大小相等，因为力的作用是相互的。 4. 典例分析 讲解课件例 4，巩固弹簧测力计的读数与误差分析。 明确实验目的与器材； 按照规范步骤完成实验，正确读数与记录； 规范操作弹簧测力计； 参与讨论，交流实验发现； 理解力的相互性在实验中的体现； 完成典例练习，巩固读数与误差分析。 课 堂 练 习 1．如图，玩具汽车停在模型桥面上。下列说法正确的是（　　） A．桥面受向下的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变 B．汽车没有发生形变，所以汽车不受弹力 C．汽车受向上的弹力，是因为桥梁发生了弹性形变 D．汽车受向上的弹力，是因为汽车发生了形变 【答案】C 【解析】A．桥面受到向下的弹力，这个弹力的施力物体是汽车，因为汽车停在桥面上，汽车发生了弹性形变，要恢复原状，就会对与之接触的桥面产生向下的弹力，而不是因为桥梁发生了弹性形变，故A错误； B．汽车停在桥面上，汽车对桥面产生向下的压力，使桥面发生了弹性形变，从而桥面对汽车产生了向上的支持力，即汽车受到了弹力，故B错误； C．汽车受到向上的弹力，这个弹力的施力物体是桥梁，桥梁在汽车的压力作用下发生了弹性形变，要恢复原状，就会对与之接触的汽车产生向上的弹力，故C正确； D．汽车受向上的弹力，其施力物体是桥梁，是因为桥梁发生了弹性形变，而不是因为汽车发生了形变，故D错误。 故选C。 2．如图，两边同时用15N的水平力拉弹簧测力计，其示数为（　　） A．30N B．0N C．15N D．无法确定 【答案】C 【解析】弹簧测力计两边同时用15N的水平力拉时，弹簧测力计的示数等于挂钩这一端所受的拉力，因此弹簧测力计的示数为15N。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 3．小组同学在使用弹簧测力计测量拉力时，发现指针指在了0.2N处。多次拉动弹簧都无法使指针对准0刻度线，对此现象小组同学讨论后的说法如下，其中正确的是（　　） A．小张：该弹簧测力计已不能使用，必须换一个新的 B．小李：测量值仍准确，因为实验时误差不可避免 C．小王：仍可以直接测出拉力，但需要将读数加上0.2N D．小孙：仍可以直接测出拉力，但需要将读数减去0.2N 【答案】D 【解析】使用弹簧测力计测量拉力前，需要进行调零，无法调零的情况下可以继续测量力的大小，只是测量时的示数，减去测量前的示数0.2N即可，所以不需要换一个弹簧测力计测量，故ABC错误，D正确。 故选D。 4．几个同学用同一个弹性拉力器进行锻炼，如图所示，当他们都两臂张开伸直时（　　） A．力气大的人所用拉力大 B．手臂长的人所用拉力大 C．手臂粗的人所用拉力大 D．体重大的人所用拉力大 【答案】B 【解析】几个同学都把同一弹簧拉力器上的弹簧拉开，都把手臂伸直，手臂越长的人，弹簧的伸长量越大，人所用的拉力越大。故B符合题意，故ACD不符合题意。 故选B。 5．在弹性限度内，若弹簧第一次伸长2cm时，拉力为4N；若弹簧再伸长5cm，则拉力的大小为__________N。 【答案】14 【解析】由于在弹性限度内，弹簧的拉力大小与伸长量成正比，所以，当弹簧再伸长5 cm时，拉力的大小为 6．如图甲所示，体重为的小明用的力沿水平方向向右拉一根轻质弹簧，此时弹簧对手的拉力大小为__________；手受到的拉力的施力物体是__________。如图乙所示，弹簧测力计的示数是__________。 【答案】 12 弹簧 3.6 【解析】[1]拉弹簧的力和弹簧对手的拉力是相互作用力，相互作用力大小相等，因为拉弹簧的力是12N，所以弹簧对手的拉力也是12N。 [2]手拉弹簧，弹簧拉手，故手受到的拉力的施力物体是弹簧。 [3]由图可知：弹簧测力计的测量范围是0～5N，分度值为0.2N，弹簧测力计的示数是3.6N。 7．练习使用弹簧测力计： （1）弹簧测力计是测量 _____ 的工具，它根据“在弹性限度内，弹簧 ________ 与所受的拉力成正比”的原理制成的。 （2）如图所示，该测力计的量程是 ________ N，分度值是 ________ N。 （3）该弹簧测力计的示数是 ________ N。 【答案】（1）力 伸长量；（2）0～5 0.2；（3）2.6 【解析】（1）弹簧测力计是测量力的工具，它根据“在弹性限度内，弹簧伸长量与所受的拉力成正比”的原理制成的。 （2）如图所示，该测力计的量程是0～5N，1N分成5个小格，所以分度值是0.2N。 （3）读数时，指针位于2N后第3个小格，因此示数为 8．在探究“橡皮筋伸长量ΔL与橡皮筋所受拉力F的关系”实验中，某实验小组的同学对A、B两根粗细不同的橡皮筋进行研究。将橡皮筋的一端固定，另一端悬挂钩码（单个重力均为0.5N，如图甲所示），记录所挂钩码重力和橡皮筋的长度L，根据多组测量数据作出的图线如图乙所示，图线中PM、PN段为直线。 （1）本实验还需要的测量器材是_________；分析图乙信息可知：当挂3个钩码时，A橡皮筋的伸长量为_________cm； （2）实验中收集多组数据且用两根橡皮筋完成实验的目的是_________；分析数据可知，在一定范围内橡皮筋的伸长量ΔL与橡皮筋所受拉力F成_________。 【答案】（1）刻度尺 15；（2）寻找普遍规律 正比 【解析】（1）[1]为了测量橡皮筋伸长量ΔL，需要刻度尺测量橡皮筋的长度L。所以，本实验还需要的测量器材是刻度尺。 [2]根据图像乙分析可知，当拉力F为0时，A、B橡皮筋原长L均为5cm。当挂上3个钩码时，3个钩码总重为1.5N，此时橡皮筋所受拉力为1.5N，由图乙可知，此时橡皮筋A的长度为20cm，橡皮筋A伸长量为ΔLA＝20cm-5cm＝15cm （2）[1]实验是探究橡皮筋所受拉力F与橡皮筋伸长量ΔL的关系，实验中收集多组数据且用两根橡皮筋完成实验的目的是寻找普遍规律。 [2]分析数据可知，在一定范围内，拉力越大，橡皮筋伸长越长，橡皮筋的伸长量ΔL与受到的拉力F成正比。 9．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”）。如图乙所示的弹簧测力计的分度值是______________，量程是______________N。 （2）如图丙所示的圆筒测力计，每个色环刻度值为0.5N，则手对挂钩的拉力为______________N。 （3）如图丁是用弹簧测力计测拉力时的情景，这种测量操作是______________的（选填“正确”或“错误”），理由是：____________________________。 【答案】（1）校零 大 0.2N 0~5；（2）2.5；（3）错误 拉力方向与弹簧的轴线方向不一致 【解析】（1）[1][2]图甲中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。若直接测量，所测得的结果比实际值偏大。 [3][4]图乙中的每1N被分成5等份，故该弹簧测力计的分度值是0.2N，弹簧测力计的最大刻度值是5N，因此量程是0~5N。 （2）图丙中每个色环代表0.5N，图中被拉出的色环有5个，则图示中手的拉力为0.5N×5=2.5N （3）[1][2]如图丁是用弹簧测力计测拉力时的情景，这种操作方法是错误的，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。 10．画出被压缩后的弹簧对物块弹力的示意图。 【答案】 【解析】被压缩弹簧对物块的弹力作用在物块上，方向水平向右，作用点画在物块的重心O上，由此画出被压缩弹簧对物块的弹力示意图，如图所示： 11．根据下列学科实践活动，回答问题： 自制简易测力计 [背景资料] 在学习了“弹力”后，某学习小组决定自制简易测力计，准备的材料如图甲所示（另有一把标准的测力计，图中未画出）。 [设计与制作] （1）小组成员借助标准的测力计，描绘了数根弹簧和橡皮筋的伸长量与所受拉力的关系（如图乙），大家一致认为选用弹簧来制作测力计更好，理由是：___________； （2）若选用图乙中b弹簧制作测力计，确定“0”和“2N”刻度后，两者之间分为10等份，则该测力计的分度值为__________N； [检验与测试] （3）制作完成后发现测力计相邻刻度线的间距太小，可选图乙中_____________弹簧取代b弹簧制作测力计，理由是：___________； [反思与评价] （4）若手头仅有两根相同的b弹簧，在自制测力计时，如何进一步提高精确度：________；如何进一步扩大测量范围：_____________。 【答案】（1）在一定范围内，弹簧的伸长量与拉力成正比；（2）0.2；（3）a 拉力相同时，a的伸长量更大；（4）将两根b弹簧串联 将两根b弹簧并联 【解析】（1）根据图乙可知，在一定的拉力范围内，弹簧的伸长量与所受拉力成正比，但橡皮筋的伸长量与拉力之间的关系并不是成正比，难以标记刻度，且刻度之间也不均匀，测量误差较大，故选用弹簧来制作弹簧测力计。 （2）0和2N之间分成10等份，则每等份为0.2N，故该测力计的分度值为0.2N。 （3）[1][2]相邻刻度线之间的间距太小，说明在相同的拉力的情况下，弹簧的伸长量小，故应选用在相同拉力大小的情况下，伸长量更大的，故选a弹簧。 （4）[1]要提高精确度，即受到相同拉力时伸长量变大，据此分析可以将两根弹簧首尾相连串在一起使用，这样在相同拉力的情况下，伸长量为原来的两倍。 [2]要扩大测量范围，即在相同伸长量的情况下拉力要变大，故可以将两根弹簧并排接在一起使用，在相同的伸长量的情况下，拉力大小为原来的两倍。 板 书 设 计 第二节 测量：用弹簧测力计测量力 一、弹力 1．形变：弹性形变（可恢复）、范性形变（不可恢复） 2．定义：物体发生弹性形变产生的力 3．条件：相互接触 + 发生弹性形变 4．方向：与形变方向相反，指向恢复原状 二、弹簧测力计 1．结构：弹簧、刻度盘、指针、挂钩、外壳 2．原理：弹性限度内，拉力越大，伸长量越大 3．使用：看量程、看分度、校零、轴线共线、平视读数 三、实验：测量力 测量钩码拉力、课本拉力 相互对拉：力的作用是相互的 课 堂 小 结 作业布置 1. 基础作业：完成课后同步练习； 2. 实践作业：利用家中的器材，制作简易橡皮筋测力计，标出刻度； 3. 拓展任务：查阅资料，了解不同类型测力计的工作原理，下节课交流分享。 教学反思 亮点：本节课以古代制弓的文化情境引入，兼具人文性与实践性，快速激发学生的实验兴趣与文化认同；按照 “概念建构 — 工具认识 — 实验操作 — 交流拓展” 的逻辑层层递进，符合学生的认知规律；通过演示实验、分组实验、交流讨论的多层设计，让学生在操作中掌握技能，在辨析中深化理解；融入误差分析、自制测力计拓展，培养了学生的科学思维与创新能力。 不足：部分学生对弹力的产生条件理解不深入，容易认为 “只要接触就有弹力”；对弹簧测力计的操作细节重视不够，容易出现不校零、轴线不共线等问题；对实验误差的定量分析能力薄弱。 改进：增加弹力产生条件的对比实验，通过 “接触无形变” 和 “接触有形变” 的对比，突破认知误区；加强实验操作的示范与错例展示，通过规范操作与错误操作的对比，强化操作规范性；补充误差分析的定量训练，引导学生分析不同操作错误导致的测量值偏差方向，提升实验分析能力。 学科网（北京）股份有限公司2/2 学科网（北京）股份有限公司 $