關于“彈力與彈簧伸長量的關系”的實驗

徐小林

實驗一、通過彈簧和鉤碼完成實驗

如圖1所示，安裝好鐵架臺，將一根彈簧一端固定在鐵架臺上，同時將刻度尺與彈簧豎直平行固定，記下此時的彈簧的長度（即彈簧的原長）.在彈簧下端掛上已知質量的鉤碼，則彈簧的彈力等于鉤碼的重力，記下此時彈簧的長度，從而得到彈簧的形變量；改變鉤碼的個數，獲得不同的彈簧拉力和形變量.把獲得的數據計人表格之中，利用坐標紙畫出F-x圖象（x為彈簧的形變量），經過試驗發現在誤差允許的范圍內，圖象為過原點的一條直線，說明了彈力和彈簧伸長量成正比關系.具體在操作的過程中要注意刻度尺的豎直放置，所掛鉤碼的重力在彈簧的勁度范圍之內.其實，真正完成實驗得到的圖象是如圖2所示的曲線，其原因是胡克定律中所說的形變量是線性一維彈性體的形變量，而我們的彈簧是二維截面材料，所以形變量比較大時就不嚴格按照正比關系，這里只研究形變量比較小的情況下.

實驗二、通過圓珠筆和砝碼完成實驗

如圖3所示，將圓珠筆用白色的硬紙板豎直固定，并在白色硬紙板上豎直固定刻度尺，讀出網珠筆的原長.在圓珠筆上放上一個砝碼，記下此時網珠筆的長度，從而得到網珠筆的壓縮量；改變砝碼的個數，記下不同的彈力和形變量，利用坐標紙畫出F-x圖象（x為彈簧的形變量），經過試驗發現在誤差允許的范圍內，圖象為過原點的一條直線，說明了彈力和彈簧壓縮量成正比關系.實驗發現不管彈簧壓縮還是拉伸其彈力均與其形變量成正比.

實驗三、通過位移和力傳感器精確完成實驗

上述兩種實驗，由于彈簧自身有重力，嚴格來說，測量比較的不是形變量和彈力之間的關系，應該是彈簧彈力變化量和形變變化量之間的關系.為了消除彈簧自身的影響及完成測量的連續性，可以改進如下：

實驗所需要的器材有位移傳感器，力傳感器，夾子，軌道，小車，數據采集器，電腦及DIS軟件.按照如圖4所示的安裝好實驗器材，將力傳感器和位移傳感器固定在軌道一端，力傳感器與彈簧的一端相連，彈簧的另一端與小車相連接，小車上固定位移傳感器的另一部分；開始讓彈簧處于原長，移動小車拉伸彈簧，力傳感器讀出彈簧的拉力，同時小車的位移即為彈簧的形變量，將兩個數據導入電腦，利用軟件繪制出圖象.去除離散的點，舍去前面變彎曲曲線的幾個數據點，選取“直線擬合”可以得到一條直線，更加精確的驗證和探究了彈力與彈簧伸長量成正比關系.此實驗將將彈簧水平放置就可以克服彈簧重力對實驗的影響，另外利用傳感器讓數據測量更加精確.endprint