弹簧伸长量和拉力的关系

实验目的

用图像法研究弹簧伸长量与拉力的关系,得出胡克定律。

实验原理

弹簧静止时,弹力等于所挂钩码的重力。在弹性限度内,弹力F与伸长量x成正比,即F = kx,k叫劲度系数,由弹簧本身决定,单位是N/m。F-x图像是过原点的直线,斜率等于k。

实验器材

• 弹簧
• 铁架台
• 钩码
• 刻度尺
• 坐标纸

实验步骤

1. 竖直悬挂弹簧,测出原长L0。
2. 挂上钩码,静止后测出弹簧长度L,算出伸长量x = L - L0。
3. 增加钩码,重复多次,记录拉力F = mg和对应的x。
4. 以x为横轴、F为纵轴描点,用平滑直线连接各点。
5. 由图线的斜率求出弹簧的劲度系数k。

实验现象与结论

各数据点近似落在一条过原点的直线上,说明拉力增大几倍,伸长量也增大几倍。结论:在弹性限度内,弹簧的伸长量与拉力成正比,F = kx,图线斜率即劲度系数。拉力过大时图线会向下弯曲。

注意事项

• 拉力不要超过弹簧的弹性限度。
• 测量时弹簧要保持竖直,刻度尺也要竖直。
• 描点连线时,偏离直线很远的点应检查后再取舍。

常见问题

图像不过原点可能是什么原因?

常见原因是把弹簧总长度当成伸长量作图,或弹簧自重使原长测量不准。

劲度系数k表示什么?

表示弹簧伸长单位长度所需的拉力,k越大弹簧越硬,单位是N/m。