探究胡克定律

实验目的

探究弹簧弹力与形变量的关系,得出胡克定律,会求劲度系数。

实验原理

胡克定律:在弹性限度内,弹簧弹力 F 与形变量 x 成正比,即 F = kx,k 为劲度系数,单位 N/m。弹簧静止时,弹力大小等于所挂钩码的重力。x = L - L0,其中 L0 为原长。F-x 图线是过原点的直线,斜率即 k。

实验器材

• 铁架台
• 弹簧
• 刻度尺
• 相同的钩码若干
• 指针(或标记)

实验步骤

1. 将弹簧竖直悬挂在铁架台上,刻度尺竖直放在弹簧旁。
2. 测出弹簧不挂钩码时的长度,即原长 L0。
3. 依次挂上 1 个、2 个……钩码,待静止后读出弹簧长度。
4. 计算每次的弹力 F 和伸长量 x,填入表格。
5. 以 x 为横轴、F 为纵轴描点作图,求出图线斜率 k。

实验现象与结论

在弹性限度内,各数据点基本落在一条过原点的直线上,说明弹力与伸长量成正比,斜率就是劲度系数 k。若钩码过多,超出弹性限度,图线会向弯曲,弹簧也不能完全恢复原长。

注意事项

• 所挂钩码不能过多,以免超过弹性限度。
• 读数时视线与刻度垂直,待弹簧静止后再读。

常见问题

为什么图线有时不过原点?

若用弹簧总长 L 作横轴,图线与横轴交点是原长;若弹簧自重使原长测量偏差,图线也会偏离原点。

什么是弹性限度?

外力撤去后物体能恢复原状的最大形变范围。超过此范围,胡克定律不再成立。