弹簧振子振动模型演示

实验目的

认识弹簧振子的运动特点,理解回复力、位移、速度、加速度之间的关系。

实验原理

在弹性限度内,弹簧振子所受回复力与位移成正比、方向相反,即 F = -kx,所以做简谐运动。加速度 a = -kx/m。振动周期 T = 2π√(m/k),与振幅无关,只由振子质量 m 和弹簧劲度系数 k 决定。

实验器材

• 弹簧
• 小球(振子)
• 平衡位置标记
• 振幅和质量的设置
• 位移与速度的显示

实验步骤

1. 找到小球静止时的平衡位置
2. 把小球拉离平衡位置一段距离,这段距离就是振幅
3. 释放小球,观察它往复运动的过程
4. 分别在最大位移处和平衡位置,观察速度和加速度的大小
5. 改变小球质量或振幅,比较振动周期的变化

实验现象与结论

小球在平衡位置两侧做周期性往复运动。位移最大处速度为零,加速度最大;经过平衡位置时速度最大,加速度为零。增大质量,周期变大;改变振幅,周期基本不变。结论:弹簧振子的周期只与 m 和 k 有关。

常见问题

弹簧振子的周期与振幅有关吗?

无关。周期公式 T = 2π√(m/k) 中只含质量 m 和劲度系数 k。

弹簧振子经过平衡位置时哪个量最大?

速度最大。此时位移为零,回复力和加速度都为零。