文档介绍：静力伸长法和振动法测弹簧倔强系数差异性分析
王奇亮
摘要:首先用《大学物理实验教程》中的两种常用方法,静态法和振动法测量了弹簧的倔强系数,分析了两种方法测量结果的差异,认为振动法的倔强系数小于静态法的原因在于忽略了空气阻力,再通过实验装置的改进减小了空气阻力的条件进行了进一步地测量,发现误差有所减小,在此基础上提出了改进本实验的方案。
关键词:弹簧倔强系数,焦利氏秤,振动法,静力伸长法
Abstract: First of all, the "University Physics Experiment Guide" in the monly used methods, the static method and measured the vibration of the stubborn spring coefficient, an analysis of the results of two methods of measurement of the difference that the vibration is less than the static coefficient of stubborn because the law ignore air resistance, then the experimental device to reduce the air resistance to improve the conditions of further measurements, has been found to reduce the error, on the basis of suggestions to improve the program in this experiment.
Key words:Stubborn spring coefficient,Jolly's steelyard,Vibration method,Static elongation method
目录
引言
一、静力伸长法测弹簧倔强系数
二、振动法测弹簧倔强系数
三、改进实验
四、结论与建议
参考文献
致谢
引言
力作用弹簧物体时引起的效果之一是会使弹簧发生一定程度的形变,对于弹簧的弹性形变的程度与作用于弹簧的作用力之间的关系可以引入弹簧倔强系数(也叫弹簧劲度系数)来表示,弹簧倔强系数是表征弹簧性质的一个重要物理量,倔强系数跟弹簧的长度、弹簧的材料、弹簧丝的粗细等等都有关系。
测量弹簧倔强系数的实验方法很多,最常用的方法主要为静力伸长法和振动法来进行弹簧倔强系数的测量,随着科学技术的不断进步,新方法也随之不断涌现,测量的精确度也愈来愈高,但就实验教学目标而言,选择哪一种方法才能既有利于学生能力的培养,也能使测得的实验数据最接近客观真实值,一直是个值得思考的问题。
本次实验就是采取了静力伸长法和振动法来测量弹簧倔强系数,这种实验方法相对而言简捷,直观,方便,因此常被采用。同时,再对实验过程中出现的误差来源进行分析,使同学们能对于弹簧倔强系数的测定过程有一个更加深入的认识和理解。
一、静力伸长法测弹簧倔强系数
在一个竖直悬挂的锥形弹簧下端挂一个物体,弹簧由于受到力的作用会产生一定程度的伸长,使弹簧发生弹性形变。在弹簧的弹性形变限度之内,弹簧的伸长(或者缩短)长度X与弹簧弹力的大小F成正比关系,写成公式即:
式中,K就是比例常数,叫做弹簧倔强系数(也叫弹簧劲度系数),弹簧倔强系数是一个有单位的物理量。在国际单位制中,F的单位是牛(N);X的单位是米(M);K的单位是牛每米(N/M);弹簧倔强系数在数值上等于弹簧伸长(或缩短)单位长度时的弹力。这个规律是由英国科学家胡克发现的,因此,叫做胡克定律。
但是,如图3所示,P点是直线段OP关系的临界点,E点是弹簧弹性限度的临界点,通常E、P两点相近。胡克定律也有一定的适用范围,只适用于图中的直线段OP部分,物体的形变过大,超出了一定限度,上述正比关系不再适用,这时即使撤去外力,弹簧也不会再恢复原样了。这个叫做弹性限度。
因此,在实验过程要保证在弹性限度以内进行实验。
1、焦利氏秤 2、砝码片 3、电子天平 4、锥形弹簧
1、焦利