文档介绍：实验六简谐振动特性研究与弹簧劲度系数测量
90年代以来,集成霍耳传感器技术得到了迅猛发展,各种性能的集成霍耳传感器层出不穷,在工业、交通、无线电等领域的自动控制中,此类传感器得到了广泛的应用。如:磁感应强度测量、微小位移、周期和转速的测量,以及液位控制、流量控制、车辆行程计量、车辆气缸自动点火和自动门窗等。本实验采用指针加反射镜与游标尺相结合的弹簧位置读数装置,提高了测量的准确度。在计时方法上采用了集成开关型霍耳传感器测量弹簧振动周期。此项改进,既保留了经典的测量手段和操作技能,同时又引入了用霍耳传感器来测量周期的新方法,让大家对集成霍耳开关传感器的特性及其在自动测量和自动控制中的应用有进一步的认识。通过本实验装置可掌握弹簧振子作简谐运动的规律,又可熟悉胡克定律,并可学习振动周期的测量新方法。
【实验目的】
1、胡克定律的验证与弹簧劲度系数的测量。
2、测量弹簧的简谐振动周期,求得弹簧的
劲度系数。
3、测量两个不同弹簧的劲度系数,加深对
弹簧的劲度系数与它的线径、外径关系
的了解。
4、了解并掌握集成霍耳开关传感器的基本
工作原理和应用方法。
【实验原理】
1、弹簧在外力作用下将产生形变(伸长或缩短)。在弹性限度内由胡克
定律知:外力F和它的变形量∆y成正比,即:
(1)
(1)式中,K为弹簧的劲度系数,它取决于弹簧的形状、材料的性质。通过测量F和∆y的对应关系,就可由(1)式推算出弹簧的劲度系数。
2、将质量为M的物体挂在垂直悬挂于固定支架上的弹簧的下端,构成一
个弹簧振子,若物体在外力作用下(如用手下拉,或向上托)离开
平衡位置少许,然后释放,则物体就在平衡点附近做简谐振动,其
周期为:
(2)
式中P是待定系数,它的值近似为1/3,可由实验测得,M0是弹簧本身的质量,而PM0被称为弹簧的有效质量。通过测量弹簧振子的振动周期T,就可由(2)式计算出弹簧的劲度系数。
3. 磁开关(磁场控制开关)
如图6-1所示,集成霍耳传感器是一种磁敏开关。“+”“-”间加直流电压,“+”接电源正极、“-”接电源负极。当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值Bop时,该传感器处于“导通”状态,这时处于“O”脚和“-”脚之间输出电压极小,近似为零,当磁感强度小于某值Brp(Brp<Bop)时,输出电压等于“+”、“-”端所加的电源电压,利用集成霍耳开关这个特性,可以将传感器输出信号输入周期测定仪,测量物体转动的周期或物体移动所经时间。
【实验原理】
图 6-1
【实验仪器】
计时计数毫秒仪,集成霍耳开关传感器固定板及引线,新型焦利秤,砝码组①500mg砝码,10片(用于静态拉伸法测量弹簧的劲度系数)②20g左右砝码,1个(用于动态简谐振动法测量1号弹簧丝的劲度系数)③50g左右砝码,1个(用于动态简谐振动法测量2号弹簧丝的劲度系数)
图中1、小磁钢 2、集成霍耳开关传感器
3、白色发光二极管 4、霍耳传感器管脚接线柱 5、调节旋钮(调节弹簧与主尺之间的距离) 6、横臂 7、吊钩 8、弹簧 9、初始砝码 10、小指针 11、挂钩 12、小镜子 13、砝码托盘 14、游标尺 15、主尺 16、重锤(调节立柱铅直)17、水平调节螺丝18、计数显示 19、计时显示 20、低电平指示 21、复位键 22、设置/阅览功能按键 2