彈簧振子的低阻尼振動

1、彈簧振子的低阻尼振動彈簧振子的低阻尼振動力學實驗最困難的問題就是摩擦力對測量的影響。氣墊導軌就是為消除摩擦而設計的力學實驗的裝置，它使物體在氣墊上運動，避免物體與導軌表面的直接接觸，從而消除運動物體與導軌表的摩擦。利用氣墊導軌可以進行許多力學實驗，如測加速度，驗證牛頓第二定律，研究簡諧振動等。一、實驗前應弄清楚的問題一、實驗前應弄清楚的問題1、查閱有關氣墊導軌及光電門計時系統(tǒng)的資料，了解氣墊導軌的水平調節(jié)以及操作注意事項，理解光電計時系

2、統(tǒng)的工作原理。2、存儲式數(shù)字毫秒計具有哪些基本功能？3、彈簧振子在低阻尼狀態(tài)下的振動為什么可以看作簡諧振動？4、你打算怎樣測定輕質彈簧的勁度系數(shù)理論依據(jù)是什么5、你打算怎樣測定彈簧振子的振動周期？擬采用什么方法處理數(shù)據(jù)？6、如何建立彈簧振子的振動周期與質量以及振幅隨時間變化的實驗公式？7、如何測量上述第6兩種情形中彈簧振子經(jīng)過中間平衡位置時的最大速度？8、實驗中如何判定氣墊導軌是否調水平了？9、熟悉實驗儀器的使用方法，實驗操作時應該注意

3、哪些方面二、實驗室可提供的主要器材二、實驗室可提供的主要器材氣墊導軌、滑塊、砝碼、彈簧兩根、光電計時系統(tǒng)、電子天平.三、實驗內容三、實驗內容1、設計實驗測量給定輕質彈簧的勁度系數(shù)，表格自擬。2、設計實驗方案研究彈簧振子振動周期T與質量m的關系及彈簧振子經(jīng)過中間平衡位置時的對應最大速度V，表格自擬。3、設計實驗方案研究彈簧振子振動周期T與初始振幅的關系及彈簧振子經(jīng)過中間平衡位置時的對應最大速度V，表格自擬。四、數(shù)據(jù)處理要求四、數(shù)據(jù)處理要求

4、1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)用作圖法繪出V2—A2圖，T2—m圖，并求出彈簧振子的最大動能，并計算實驗值和理論值的相對誤差，分析誤差來源。2、根據(jù)實驗結果，給出關于彈簧振子的振動周期與質量之間定性結論及振幅的改變對周期的影響。五、實驗報告的要求五、實驗報告的要求1報告實驗的研究意義。2介紹實驗的原理，測量方案和實驗步驟。3數(shù)據(jù)處理過程清楚，正確表達測量結果。4總結實驗結論和心得體會。六、思考與討論：六、思考與討論：1、本實驗的彈簧倔強系數(shù)，若、相差

5、較大，對本實驗有何影響？2、本實驗中若氣軌沒有被調節(jié)水平，對測量結果有何影響？3、若考慮彈簧的質量，則彈簧振子的周期（其中為彈簧的有效質量，為系統(tǒng)的倔強系數(shù)）。試問：通過本實驗能否測出彈簧的有效質量和系統(tǒng)的倔強系數(shù)？如何測量？力學實驗遇到的最大難題是運動體與支承面的直接接觸產生的摩擦力，它嚴重地限制了圖1低阻尼下彈簧振子的振動研究實驗裝置圖中：①為導軌，上面有氣孔、標尺，兩端有碰簧；②為彈簧；③為滑塊，由遮光片、碰簧組成；④為光電門，由

6、光源、光敏二極管組成；⑤為光電計時器；⑥為標尺。2氣墊導軌的調節(jié)（1）粗調。把滑塊放在氣軌中央靜止釋放，觀察滑塊是否停在原處不動。若總往一處滑動，則氣軌傾斜，應調節(jié)單底角螺絲。順時針旋轉升高，逆時針旋轉降低。（2）細調。理論上要求做到向左的加速度等于向右的加速度，則氣軌完全水平。實驗中采用如下方法，輕推滑塊，使其經(jīng)過兩個光電門做來回運動，按先后次序記下滑塊往返一次經(jīng)過兩個光電門的時間、、和。由于空氣阻力和粘滯阻力的作用，滑塊經(jīng)過第一1t

7、?2t?3t?4t?個光電門的速度要比經(jīng)過第二個的要大一些。如果－和－的均差值大于0，且基2t?1t?4t?3t?本相等，則可保證向左和向右的加速度同數(shù)量級，氣墊導軌可近似視為水平?！矊嶒瀮热荨?調節(jié)氣軌水平及光電計時系統(tǒng)正常工作。2測量彈簧振子質量m與振動周期T的關系，建立周期與質量之間關系的經(jīng)驗公式?；瑝K依次增加50g質量，使用單擋光片，分別測量振動周期。3測量低阻尼下彈簧振子Δt與nT的關系，建立振幅隨時間變化的經(jīng)驗公式。滑塊不增

8、加質量，使用雙遮光片，光電門置于平衡位置處，使滑初始幅為30cm，待滑塊運行平穩(wěn)后，每隔10個周期測一次Δt，測出n=10，20，30，40，50，60，70時對應的Δt，建立時間與振幅的關系。〔實驗注意事項〕1氣軌是較精密儀器，實驗中必須避免導軌受碰撞、摩擦而變形、損傷，沒有給氣軌通氣時，不準在導軌上放置和強行推動滑塊。2實驗時必須調整氣軌水平。3實驗中不能用手按著滑塊在氣軌上滑動。4連接滑塊和彈簧時，不能過度拉伸彈簧，以免損壞。5注