彈簧振子的低阻尼振動(dòng)

1、彈簧振子的低阻尼振動(dòng)彈簧振子的低阻尼振動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)最困難的問題就是摩擦力對測量的影響。氣墊導(dǎo)軌就是為消除摩擦而設(shè)計(jì)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置，它使物體在氣墊上運(yùn)動(dòng)，避免物體與導(dǎo)軌表面的直接接觸，從而消除運(yùn)動(dòng)物體與導(dǎo)軌表的摩擦。利用氣墊導(dǎo)軌可以進(jìn)行許多力學(xué)實(shí)驗(yàn)，如測加速度，驗(yàn)證牛頓第二定律，研究簡諧振動(dòng)等。一、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)弄清楚的問題一、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)弄清楚的問題1、查閱有關(guān)氣墊導(dǎo)軌及光電門計(jì)時(shí)系統(tǒng)的資料，了解氣墊導(dǎo)軌的水平調(diào)節(jié)以及操作注意事項(xiàng)，理解光電計(jì)時(shí)系

2、統(tǒng)的工作原理。2、存儲(chǔ)式數(shù)字毫秒計(jì)具有哪些基本功能？3、彈簧振子在低阻尼狀態(tài)下的振動(dòng)為什么可以看作簡諧振動(dòng)？4、你打算怎樣測定輕質(zhì)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(dòng)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(dòng)周期與質(zhì)量以及振幅隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)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(shí)的最大速度？8、實(shí)驗(yàn)中如何判定氣墊導(dǎo)軌是否調(diào)水平了？9、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)應(yīng)該注意

3、哪些方面二、實(shí)驗(yàn)室可提供的主要器材二、實(shí)驗(yàn)室可提供的主要器材氣墊導(dǎo)軌、滑塊、砝碼、彈簧兩根、光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)、電子天平.三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量給定輕質(zhì)彈簧的勁度系數(shù)，表格自擬。2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案研究彈簧振子振動(dòng)周期T與質(zhì)量m的關(guān)系及彈簧振子經(jīng)過中間平衡位置時(shí)的對應(yīng)最大速度V，表格自擬。3、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案研究彈簧振子振動(dòng)周期T與初始振幅的關(guān)系及彈簧振子經(jīng)過中間平衡位置時(shí)的對應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(dòng)能，并計(jì)算實(shí)驗(yàn)值和理論值的相對誤差，分析誤差來源。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出關(guān)于彈簧振子的振動(dòng)周期與質(zhì)量之間定性結(jié)論及振幅的改變對周期的影響。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求1報(bào)告實(shí)驗(yàn)的研究意義。2介紹實(shí)驗(yàn)的原理，測量方案和實(shí)驗(yàn)步驟。3數(shù)據(jù)處理過程清楚，正確表達(dá)測量結(jié)果。4總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論和心得體會(huì)。六、思考與討論：六、思考與討論：1、本實(shí)驗(yàn)的彈簧倔強(qiáng)系數(shù)，若、相差

5、較大，對本實(shí)驗(yàn)有何影響？2、本實(shí)驗(yàn)中若氣軌沒有被調(diào)節(jié)水平，對測量結(jié)果有何影響？3、若考慮彈簧的質(zhì)量，則彈簧振子的周期（其中為彈簧的有效質(zhì)量，為系統(tǒng)的倔強(qiáng)系數(shù)）。試問：通過本實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駵y出彈簧的有效質(zhì)量和系統(tǒng)的倔強(qiáng)系數(shù)？如何測量？力學(xué)實(shí)驗(yàn)遇到的最大難題是運(yùn)動(dòng)體與支承面的直接接觸產(chǎn)生的摩擦力，它嚴(yán)重地限制了圖1低阻尼下彈簧振子的振動(dòng)研究實(shí)驗(yàn)裝置圖中：①為導(dǎo)軌，上面有氣孔、標(biāo)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(jì)時(shí)器；⑥為標(biāo)尺。2氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)（1）粗調(diào)。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(dòng)。若總往一處滑動(dòng)，則氣軌傾斜，應(yīng)調(diào)節(jié)單底角螺絲。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)升高，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)降低。（2）細(xì)調(diào)。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(shí)驗(yàn)中采用如下方法，輕推滑塊，使其經(jīng)過兩個(gè)光電門做來回運(yùn)動(dòng)，按先后次序記下滑塊往返一次經(jīng)過兩個(gè)光電門的時(shí)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(gè)光電門的速度要比經(jīng)過第二個(gè)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(dǎo)軌可近似視為水平?！矊?shí)驗(yàn)內(nèi)容〕1調(diào)節(jié)氣軌水平及光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)正常工作。2測量彈簧振子質(zhì)量m與振動(dòng)周期T的關(guān)系，建立周期與質(zhì)量之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。滑塊依次增加50g質(zhì)量，使用單擋光片，分別測量振動(dòng)周期。3測量低阻尼下彈簧振子Δt與nT的關(guān)系，建立振幅隨時(shí)間變化的經(jīng)驗(yàn)公式?；瑝K不增

8、加質(zhì)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(yùn)行平穩(wěn)后，每隔10個(gè)周期測一次Δt，測出n=10，20，30，40，50，60，70時(shí)對應(yīng)的Δt，建立時(shí)間與振幅的關(guān)系?！矊?shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)〕1氣軌是較精密儀器，實(shí)驗(yàn)中必須避免導(dǎo)軌受碰撞、摩擦而變形、損傷，沒有給氣軌通氣時(shí)，不準(zhǔn)在導(dǎo)軌上放置和強(qiáng)行推動(dòng)滑塊。2實(shí)驗(yàn)時(shí)必須調(diào)整氣軌水平。3實(shí)驗(yàn)中不能用手按著滑塊在氣軌上滑動(dòng)。4連接滑塊和彈簧時(shí)，不能過度拉伸彈簧，以免損壞。5注