核心概念
弹簧
弹性
重量
距离
介绍
你玩过弹簧玩具、用过弹球机、用过按动圆珠笔或者坐过汽车吗？ 如果是，那么你已经使用了弹簧！弹簧在我们周围的机器中随处可见，并且有很多有用的用途。在这个活动中，你将学习弹簧的另一个很酷的用途：制作一个秤来称量物体。
背景
弹簧通常是由金属制成的螺旋状物体。它们有一个有用的特性，即它们非常容易拉伸——科学术语称之为弹性。如果你挤压一个弹簧或拉它，然后松开，它会弹回原来的形状。然而，这种行为是有限度的。如果你拉（或推）得太用力，你可能会使弹簧超过其弹性极限。过了这个点，弹簧会发生一些永久性的变化——或变形——并且它将无法完全恢复其原始形状。
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幸运的是，弹簧的弹性行为由一个众所周知的方程来定义，这个方程称为胡克定律，它指出弹簧的恢复力（弹簧为了恢复到其原始长度而推或拉的力度）与弹簧从其原始长度伸长（或压缩）的距离成正比。这个定律用数学表示为 F = kx，其中 F 是力，x 是弹簧长度的变化，k 是一个称为弹簧常数的数字，它对于不同尺寸或材料的弹簧来说是不同的。然而，对于给定的弹簧，只要你保持在弹簧的弹性极限内，k 保持不变。这使得胡克定律非常有用，因为如果你可以测量力或长度的变化，你可以使用弹簧常数来计算另一个值。
你可能会认为秤是用来站立或放置物体的，测量向下推它的质量。但是你也可以用悬挂式秤来称量物体，其中质量拉它。在这个项目中，你将通过从弹簧上悬挂重物来制作一个简单的弹簧秤。首先，你必须使用已知重量来校准秤，但之后，你可以通过将未知物体悬挂在弹簧上，并测量弹簧伸长的距离来测量未知物体的重量。
材料
一个弹簧（你可以在五金店找到各种弹簧，或者通过拆开按动圆珠笔或一些玩具来获得——当然要经过允许。如有必要，请成人帮你拆开笔或玩具。）
回形针
小塑料桶或一个纸杯或塑料杯，在顶部附近穿孔并用绳子绑成一个把手
用作砝码的物体，例如硬币（你使用的物体的重量取决于你的弹簧有多强。）
厨房秤
尺子
纸和铅笔或钢笔
各种要测量的小型家用物品
步骤
用你的手玩一下你的弹簧，感受一下它的强度。 你必须用力压它才能压缩它？你必须用力拉它才能把它拉伸出来？小心不要用力推或拉它，以至于超过其弹性极限并使其永久变形，但这应该让你对你的砝码应该有多重有一个很好的了解。
用一个回形针将你的弹簧垂直悬挂起来，方法是用回形针的一端勾住弹簧的第二个线圈。（你可能需要稍微弯曲回形针的末端，以便更容易钩住弹簧。）你可以用手握住回形针，或者把它夹在某个东西上，比如钩子上，如果有的话。
使用尺子测量没有挂任何重量的弹簧的长度。写下这个数字。
现在，使用第二个回形针，套在倒数第二个线圈上，将你的桶或杯子挂在弹簧的底部。
在桶或杯子中添加一些砝码（如硬币）。添加足够的重量，使弹簧伸长一点，你可以测量长度的变化。你需要添加多少才能看到变化将取决于你的弹簧。小心不要添加太多的重量，以至于弹簧超过其弹性极限并永久变形。当你增加重量时，弹簧如何伸长？
测量弹簧的新长度并写下这个数字。
从弹簧上取下桶或杯子，并使用厨房秤称量它，包括砝码。在你刚刚测量的距离旁边写下这个数字。
重复这个过程，并在桶或杯子中添加更多的砝码。写下弹簧的新长度和新重量。
重复测量几次，直到你有一些数据点。小心不要添加太多的重量并永久拉伸弹簧。当你不断增加重量时，距离会发生什么变化？
现在，尝试在不使用厨房秤的情况下，找出另一个物体的重量。你可以使用你刚刚做的实验中的数据来完成吗？
将物体挂在你的弹簧上，并测量弹簧伸长的距离。然后，将此距离与你在实验中记录的距离进行比较，并查找相应的重量。（如果你有一个图表，这将更容易；请参阅下面的第一个“额外”内容。）根据你的数据，物体的重量是多少？现在用厨房秤测量一下——你有多接近？
对更多几个物体重复这个过程，并将你使用弹簧秤查找的重量与你使用厨房秤测量的重量进行比较。你的秤有多准确？如果它足够好，也许你可以把它留在厨房或其他活动中使用！
额外：制作一个数据图表，以距离为 x 轴，重量为 y 轴。这将更容易确定其他物体的重量。你的图表是直线吗？
额外：使用胡克定律和你的数据，你可以计算出你的弹簧的弹簧常数 k 吗？提示：k 是力与距离图表的斜率。
额外：如果你将弹簧拉伸超过其弹性极限，但继续进行活动试验，会发生什么？
额外：你可以找出如何通过推压弹簧（压缩）而不是拉动弹簧（张力）来进行相同的活动吗？提示：这可能很困难，因为弹簧会弯曲或突然折成两半。你可以通过某种方式约束弹簧的运动来防止这种情况（例如将其放入按动圆珠笔或其他圆柱体的内部）。
观察和结果
尽管你测量的确切重量和距离将取决于个别弹簧，但一般来说，你应该看到任何弹簧在其弹性极限内都遵循胡克定律。这意味着重量和距离之间的关系是线性的——如果你将重量加倍，弹簧伸长的量也将加倍。例如，假设你的弹簧的未伸长长度为 10 厘米。当你添加一定量的重量时，它会伸长到 11 厘米（与未伸长长度相比，变化为 1 厘米）。当你添加双倍重量时，它应该伸长到 12 厘米（与未伸长长度相比，变化为 2 厘米）。
一旦你收集了一些数据点，这使你可以通过简单地使用尺子测量弹簧长度的变化来轻松“查找”新物体的重量。这就是真正的弹簧秤的工作原理——弹簧经过校准，因此当它们被拉伸一定量时，它对应于已知的重量。然而，如果你将弹簧拉伸超过其弹性极限，这就会失效。这将导致弹簧形状的一些永久性变化，因此它不会恢复到其原始长度，并且你的测量结果不再有效。
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