胡克定律实验

胡克定律,也叫作虎克定律,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)。
- 中文名称 胡克定律实验
- 提出者 胡克
- 目的 探索弹力与弹簧伸长的定量关系
- 实验时间 1676年
胡克定律
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ut tensio sic vis,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:弹簧在发生弹性形变时,弹簧的弹力F和弹簧的伸长量(或压缩量)x成正比,即F= -k·x 。k是物质的弹性系数,它由材料的性质所决定,负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长(或压缩)的方向相反。
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
v 1)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 l 0 ,并填入表中。
(3)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–l 0 ),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,应使其余的点尽量比较均匀地分布在图线两侧。