水平弹簧振子演示

实验目的

认识弹簧振子的运动,了解简谐运动中各物理量的变化规律。

实验原理

忽略摩擦时,弹簧的弹力就是小球的回复力,大小满足 F = -kx,方向总指向平衡位置,这样的运动是简谐运动。运动中动能与弹性势能相互转化,系统机械能守恒,振动周期与振幅无关。

实验器材

• 水平弹簧
• 小球(振子)
• 光滑水平杆
• 平衡位置O(观察对象)
• 最大位移处(观察对象)

实验步骤

1. 观察振子静止时的位置,即平衡位置。
2. 把振子拉到一侧后释放,观察往复运动。
3. 观察振子经过平衡位置和最大位移处时速度的大小。
4. 观察两处加速度和弹簧形变的情况。
5. 改变振幅再次演示,比较振动一次所用的时间。

实验现象与结论

振子经过平衡位置时速度最大、加速度为零,动能最大;到达最大位移处时速度为零、加速度最大,弹性势能最大。改变振幅,振动周期不变,机械能总量保持不变。

常见问题

弹簧振子的回复力是什么力?

水平弹簧振子中,弹簧的弹力就是回复力,方向指向平衡位置,大小满足 F = -kx。

振幅变大,周期会变吗?

不会。弹簧振子的周期由振子质量和弹簧劲度系数决定,与振幅无关。