胡克定律实验

胡克定律实验

力学弹性理论中的一条基本定律
胡克定律,曾译为虎克定律,是力学弹性理论中的一条基本定律,表述为:固体材料受力之后,材料中的应力与应变(单位变形量)之间成线性关系。满足胡克定律的材料称为线弹性或胡克型(英文Hookean)材料。本实验为验证胡克定律而设计,目的是探索弹力与弹簧伸长的定量关系,并学习所用的科学方法。试验材料为:弹簧两根(其中一根较粗、较短,适宜用来做弹簧缩短的实验,弹簧不宜过软,以免弹簧被拉伸时超出它的弹性限度),相同质量的砝码五个,相同质量的槽码五个,毫米刻度尺一根,铁架台一个(用来悬挂弹簧)。
  • 中文名:胡克定律实验
  • 外文名:
  • 别名:
  • 表达式:
  • 提出者:胡克
  • 适用领域:
  • 时间:1676年
  • 目的:探索弹力与弹簧伸长的定量关系

概括

胡克即罗伯特·胡克。1676年胡克对金属器件,特别是弹簧的弹性进行研究后,发表了一条拉丁语字谜,ceiiinosssttuv。(这是当时惯例,如果还不能确认自己的发现,则先把发现打乱字母顺序发表,确认后再恢复正常顺序。)两年后公布了谜底uttensiosicvis,意思是“力如伸长(那样变化)”即应力与伸长量成正比的胡克定律。

弹性定律是胡克最重要的发现之一,也是力学最重要基本定律之一。在现代,仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出:

实验目的

探索弹力与弹簧伸长的定量关系,并学习所用的科学方法。

实验器材

弹簧两根(其中一根较粗、较短,适宜用来做弹簧缩短的实验,弹簧不宜过软,以免弹簧被拉伸时超出它的弹性限度),相同质量的砝码五个,相同质量的槽码五个,毫米刻度尺一根,铁架台一个(用来悬挂弹簧)。

实验步骤

v1)将较细的一根弹簧悬挂在铁架台上。用毫米刻度尺量出弹簧的长度l0,并填入表中。

(3)如图,在弹簧下挂1个钩码,用毫米刻度尺量出此时弹簧的长度l,并填入表中。

(4)分别在弹簧下挂2、3、4、5个相同的钩码,依次量出相应的弹簧长度l,并填入表中。

(5)分别计算出在弹簧下挂1、2、3、4、5个钩码时弹簧的伸长量(l–l0),并填人表。

(6)以力为纵坐标,以弹簧的伸长量为横坐标,根据表中所测数据在坐标纸上描点。

(7)按照坐标图中各点的分布与走向,尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)。所画的点不一定正好在这条曲线上,但要注意使曲线两侧的点数大致相同。

(8)以弹簧的伸长为自变量,写出曲线所代表的函数,首先尝试一次函数,如果不行则考虑二次函数……<

(9)解释函数表达式中常数的物理意义。

(10)有兴趣的同学自己编排探索弹簧受压而长度缩短时,弹力与弹簧长度变化的关系的实验步骤。

怎样描绘实验图线

处理实验数据的常用方法之一是图象法。运用图象法处理数据有许多优点,例如,能比较直观地表达物理规律,能够减小偶然误差对结果的影响,能够较方便地获得某些未经测量或无法直接测量的物理量数值。

(1)描绘图线时,一般以横坐标代表自变量,以纵坐标代表因变量,在轴的末端箭头旁注明代表的物理量及其单位。

(2)根据测量的数据,选取适当的坐标轴的标度(即每格所代表的量值),使横轴与纵轴的全长(表示数据的最大值的长度)接近相等,图线大约分布在正方形区域内,并尽可能使最小分度与测量的准确程度相一致,且测量的准确值在图上也能确切标出。

(3)当图线不通过坐标原点时,坐标的原点可以不从零开始,这样可以使图线分布匀称。

(4)描点和连线。依据实验数据用削尖的铅笔在图上描点,用“×”或“·”符号标明。描线应该用直尺或曲线板,描出的线应是光滑的直线或曲线。因为测量值有一定的误差,图线不通过全部点是正常现象,连线时应尽量使图线通过或接近数据点,个别严重偏离的点应舍弃,应使其馀的点尽量比较均匀地分布在困线两侧。

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