0160201力與運動

02力的測量

 

物體受力後的變化

  當我們用力壓氣球時,氣球會凹陷。想想看,物體受到大小不同的力時,形狀會有什麼改變?

當物體受到的作用力較小時,形狀改變較小;當物體受到的作用力較大時,形狀改變較大。

  力具有大小和方向的特性,物體受力後,有可能產生形狀改變、運動狀態改變的現象。

 

利用物體形狀改變測量力的大小

  我們看不見力,所以當物體受力時,只能根據物體產生的形狀改變或是運動狀態改變,來了解物體的受力情況。想想看,如何利用物體形狀改變的情形來測量力的大小?哪些物體較適合作為測量力大小的工具?為什麼?

利用物體受大小不同力後出現規則性的變化,且能在外力移除後恢復形狀,這一類具有彈性的物體適合作為測量力的工具。如:彈簧。

 

海綿受力後會變形,移除外力後會恢復原狀,但是變形的程度比較不容易測量。

彈簧受力後會伸長,受力愈大,伸得愈長,移除外力後則會恢復原狀。

  利用不同物體測量力的大小後,發現彈簧較容易看出物體受大小不同的力作用後的長度變化,而且會恢復原狀,適合作為測量力大小的工具。

  試試看,將物體懸掛在彈簧下,物體的重量和彈簧伸長的程度有什麼關係?

懸掛物體的重量愈重,彈簧被拉得愈長;物體的重量較輕時,彈簧伸長的長度也會較短。

 

動手做

測量彈簧受力的大小

1.將彈簧和尺固定在支架上,量出彈簧原來的長度。

2.在彈簧的末端掛上一個砝碼,測量彈簧伸長的長度。

眼睛要平視彈簧的末端。

實驗中,不宜使用太輕或太重的砝碼,以免低於或超過彈簧的彈性限度,造成實驗誤差。

3.取下彈簧上的砝碼,觀察彈簧能否恢復原來的長度。

4.重複上述步驟2~3,在彈簧末端掛上不同數量的砝碼,並記錄彈簧的伸長情形。

 

討論

1.根據實驗結果,每增加一個砝碼,彈簧伸長幾公分?

每增加一個砝碼,彈簧約伸長1公分。

2.懸掛砝碼的重量和彈簧伸長的長度有什麼關係?

在砝碼重量皆一致的情況下,懸掛的砝碼數量愈多,重量也愈重,彈簧伸長的長度也就愈長,亦即彈簧的伸長量和懸掛的砝碼總重量具有規律性。

 

彈性限度

  像彈簧這樣有彈性的物體,所能承受的最大力量,就稱為彈性限度,超過這個限度,彈簧就無法恢復原狀。

 

砝碼

  砝碼上通常會標示重量,再搭配彈簧或天平等工具,就可以測量物體重量或施力大小,例如:在垂掛的彈簧下端,懸掛1個20公克的砝碼,就表示有20克重的力往下拉。

  在彈性限度內,利用彈簧長度變化的規律性,就可以測量物體的重量。生活中常見的彈簧秤,就是運用這樣的原理,而彈簧秤上的最大重量標示,通常也是該彈簧秤的彈性限度,使用時可別超過重量上限喔!

 

利用運動狀態改變測量力

  除了可以利用物體受力後形狀改變的特性來測量力的大小以外,還可以利用物體受力後運動狀態改變的特性測量力的大小。

施力大,硬幣移動的距離較長;施力小,硬幣移動的距離較短。

  施力的大小,除了比較物體受力後的移動距離之外,還可以比較物體移動的快慢。在相同距離內,施力使物體從起點移動到終點,所花費的時間較短,表示物體移動較快,也就是施力較大;花費的時間較長,表示物體移動較慢,也就是施力較小。

 

力的大小與方向

  物體受力後運動狀態會改變,想想看,物體受力的方向和移動的方向有什麼關係?拔河比賽的時候,怎樣才能定勝負?什麼情形下會勢均力敵呢?

物體受力的方向和移動的方向相同。拔河時判斷勝負,可藉由拔河繩上綁的標繩判定。當兩隊所用的力大小相同、方向相反時,標繩靜止不動,所以兩隊會僵持不下。

  想一想,有什麼方法可以讓我們體驗到用力的大小與方向?讓我們來試試看,用大小不同的力來拉迴紋針,迴紋針的移動情形會有什麼不同?

 

動手做

拔河比賽

1.以黑筆在迴紋針的中央做記號,將彈簧秤分別勾住迴紋針的兩端,並且平放在桌面,在迴紋針所放置的地方畫一條線當作中線。

本實驗兩端的彈簧秤與迴紋針皆須保持在同一條水平線上。

2.一位同學用手指壓住迴紋針,兩端分別施以200克重及100克重的力。

3.鬆開壓住迴紋針的手後,待迴紋針靜止,觀察兩端彈簧秤的讀數和迴紋針的移動情形。

4.重複步驟2,但改以兩端施以200克重相同的力,鬆開壓住迴紋針的手後,待迴紋針靜止,觀察兩端彈簧秤的讀數和迴紋針的移動情形。

 

討論

1.兩端拉力不同時,當手鬆開後,迴紋針受到兩端的力量拉動,會往哪一端移動?為什麼呢?

迴紋針會向力量大的一方移動。因為力具有方向和大小的特性,當兩端施力方向相反、大小不同時,施力較大的一方會將施力較小的一方拉近。

2.如果兩端的拉力相同時,當手鬆開後,迴紋針會怎樣移動?

當物體同時受到兩個大小相同、方向相反的力時,能使物體靜止不動,所以迴紋針仍然保持靜止的狀態。

 

  力具有大小和方向的特性,原本靜止的物體,同時受到兩個方向相反、且作用於同一直線上的力時,如果兩力大小相等,物體會保持靜止不動;如果兩力大小不等,則物體會往施力較大的方向移動。

 

是非第一關 (25題)

是非第二關 (25題)

是非第三關 (18題)

 

選擇第一關 (25題)

選擇第二關 (25題)

選擇第三關 (10題)

 

 

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