气垫导轨上的实验——弹簧振子的简谐振动(共3页).doc

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气垫导轨上的实验——弹簧振子的简谐振动
【实验目的】
测量弹簧振子的振动周期
求弹簧的劲度系数和有效质量
【实验器材】
气垫导轨、滑块、附加砝码、弹簧、光电门、数字毫秒计。
。
导轨可以喷出气流，在导轨表面和滑块之间形成很薄的气层，滑块与轨面脱离，极大地减小了阻力。滑块上安装挡光板，当滑块通过光电门时，挡光板会遮拦光电门发出的光，以此计时。通过调节计时仪面板和光电插座上的开关，可以使毫秒计时器记录从第一次遮光到底次遮光的时间
【实验原理】
在弹性限度内，弹簧的伸长量x与它所受的拉力成正比，即，为弹簧倔强系数，。
以平衡位置为原点水平建立坐标轴，则有，为弹簧伸长量即物块的位置。若忽略空气阻力，根据牛顿第二定律，其运动方程为：
，
令，则前面公式又可写成：
解得物块的运动方程为：。
说明物块做简谐振动，式中，为振幅，为初相位，叫做振动系统的固有圆频率。周期 。在本实验中是振动系统的有效质量，，是弹簧的有效质量，是滑块和砝码的总质量，，是弹簧的倔强系数。
【实验内容】
打开并调整仪器，使导轨处在水平位置，选择适当的毫秒计信号选择指数，若直接测量一个周期，则（滑块上有两个挡板）。
将滑块从平衡位置拉至光电门左边某一位置后释放，记录。测量10次，数据保留5位有效数字。
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将滑块拉至光电门右边，重复步骤2，数据记为，与取平均值即为振动周期。
在滑块上加2块砝码，重复步骤2、3，共加3次。每次加砝码均须记录砝码编号以便称量各自的质量。
测量完毕，取下滑块和弹簧，关闭气源，切断电源，整理好仪器。
称量弹簧实际质量与其有效质量进行比较。
【实验数据和表格】

m1
m2
m3
m4
次数
TA/ms
TB/ms
TA/ms
TB/ms
TA/ms
TB/ms
TA/ms
TB/ms
1








2








3








4








5
184