弹簧振子实验报告
弹簧振子简谐运动实验报告
弹簧振子简谐运动实验报告一、实验目的1、观察弹簧振子的运动，理解简谐运动的特征。
2、测量弹簧振子的周期，探究周期与振子质量、弹簧劲度系数的关系。
3、学会使用实验仪器进行数据测量和处理。
二、实验原理弹簧振子是一个理想化的物理模型，它由一个轻质弹簧和一个质量可忽略不计的小球组成。
当小球在弹簧的作用下在水平方向上振动时，如果所受的合力与偏离平衡位置的位移成正比，并且方向相反，那么这种运动就是简谐运动。
根据胡克定律，弹簧的弹力 F ＝ kx，其中 k 是弹簧的劲度系数，x是弹簧的伸长或压缩量。
对于弹簧振子，其运动方程可以表示为：＼m\frac{d^2x}｛dt^2} ＝ kx\其解为：＼（x ＝ A\sin(＼omega t ＋＼varphi)＼），其中 A 是振幅，＼（＼omega\）是角频率，＼（＼varphi\）是初相位。
简谐运动的周期 T 与角频率\（＼omega\）的关系为：＼（T ＝＼frac{2\pi}｛＼omega}＼），又因为\（＼omega ＝＼sqrt{＼frac{k}｛m}｝＼），所以弹簧振子的周期公式为：＼（T ＝ 2\pi\sqrt{＼frac{m}｛k}｝＼）。
三、实验仪器1、气垫导轨、光电门、数字计时器。
2、不同劲度系数的弹簧。
3、不同质量的滑块。
四、实验步骤1、将气垫导轨调至水平，开启气源。
2、把弹簧一端固定在气垫导轨的一端，另一端连接滑块，使滑块在气垫导轨上做水平方向的振动。
3、在滑块上安装遮光片，调整光电门的位置，使其能够准确测量滑块通过的时间。
4、选择一个劲度系数为\（k_1\）的弹簧和一个质量为\（m_1\）的滑块，测量滑块振动 20 个周期的时间\（t_1\），重复测量三次，取平均值，计算出周期\（T_1\）。
5、保持弹簧劲度系数不变，更换质量为\（m_2\）的滑块，重复步骤 4，测量周期\（T_2\）。
6、保持滑块质量不变，更换劲度系数为\（k_2\）的弹簧，重复步骤 4，测量周期\（T_3\）。
实验报告-弹簧振子
【实验题目】 弹簧振子周期经验公式的总结 【实验记录】1．仪器与用具 2. 实验内容和数据记录a. 测量弹簧振子的弹性系数与质量方法：测量每根弹簧在40g 的外力下的变形量x ∆，利用公式：k=xkgN kg ∆⨯/8.904.0计算弹性系数。
利用电子天平测量5组弹簧的质量。
数据记录:b.固定弹性系数，改变质量，测量周期。
弹簧组： ③号弹簧组490g 5120gc.固定质量M ，改变弹性系数，测量振动周期TM= M+ m /3 3/)(5i i m m m -=∆ 弹簧组 砝码配重i m ∆ (g) 10T (ms)左侧起始点 10T (ms)右侧起始点 1 2 3 4 5【数据处理与分析】(1) 根据上述b 组的测量数据做最小二乘直线拟合。
拟合结果： α= =1c 线性相关系数=2r 1(2) 根据上述c 组的测量数据做最小二乘直线拟合。
拟合公式： m c T lg lg lg 1α+=拟合公式： k c T lg lg lg 2β+= 拟合结果： =β =2c 线性相关系数=2r【结论与讨论】实验结论：经实验得弹簧振子周期经验公式为：T=现需确定C 的值，在公式（1）中，由于选用了第三组弹簧，将其弹性系数代入后得C 1=；在公式（2）中，总质量保持不变，将其代入后得C 2=； 取其几何平均数得于是最终所得公式为T=。
与理论计算结果T=基本接近。
讨论及误差分析：1. 测量弹簧弹性系数的时候，弹簧位置的读数有误差；2. 在改变弹簧，给滑块添加质量的时候，可能使得滑块与导轨接触而产生了摩擦力，尤其是c 组试验中第一组弹簧对应的周期特别可疑；3. 气垫导轨受到空气阻力的作用，运动过程中能量会有损失，尤其当补偿质量使用纸片的时候；4. 弹簧的弹性系数可能发生了改变，弹簧发生了疲劳现象；5. 钩码的质量有损失，以及测量仪器自身的系统误差。
成绩报告成绩（满分30分）：指导教师签名：日期：。
实验报告弹簧振子的简谐运动
实验报告弹簧振子的简谐运动本实验主要研究弹簧振子的简谐运动，探究其运动规律、振动周期等物理特性。
通过大量测试数据的分析和比较，得到一系列准确的实验结果，为进一步研究弹簧振子在物理学中的应用打下了坚实的实验基础。
首先，我们需要知道什么是弹簧振子。
在物理学中，弹簧振子是指以弹簧为主要构件的简谐振动系统。
简谐振动是指物体在平衡位置附近做来回振动的运动状态，其特点是周期性、振幅相等、周期时间相等等。
实验过程中，我们需要利用一种称为“托线法”的测量方式，即将一个弹簧振子的末端挂于一根轻质托线上，并调整托线为竖直状态，然后加以激励，使其作简谐振动。
通过测量振子的振幅、周期等参数，可以得到弹簧振子的运动规律。
对于弹簧振子的运动规律，我们可以通过实验采集的数据进行分析和推导。
例如，我们可以通过测量振幅和时间的关系，得到振子的加速度。
同时，我们还可以利用弹簧振子的重要物理特性——弹性系数，计算出其振动周期。
在实验室中，我们可以通过不同的测量方法，不断验证弹簧振子的运动规律，最终得到更加准确的实验结果。
此外，在实验过程中，我们还要注意控制实验环境的干扰因素，以确保实验数据的准确性和可靠性。
例如，我们需要保持实验室的温度、湿度等环境参数稳定，防止外部扰动对实验数据的影响。
并且，我们还需要对实验装置进行维护和校准，以确保测试时的设备状态和运行性能。
总之，弹簧振子的简谐运动是物理学中一个重要的实验课题，研究其运动规律可以为我们更全面地理解和应用简谐振动提供帮助。
通过本实验的学习和探究，我们不仅提高了理论知识的掌握程度，还加强了实验技能和数据处理能力。
相信这些能力的提升可以让我们更好地解决实际问题，为科学技术的发展作出更大的贡献。
弹簧振子的研究实验报告
弹簧振子的研究实验报告弹簧振子的研究实验报告引言：弹簧振子是物理学中常见的研究对象之一。
通过对弹簧振子的实验研究，我们可以深入了解弹簧振子的特性和行为规律。
本实验旨在通过观察和测量弹簧振子的振动频率和振动周期，探究弹簧振子的运动规律，并验证相关理论。
实验设备：1. 弹簧振子：由一根弹簧和一个挂在弹簧下端的质点组成。
2. 支架：用于固定弹簧振子，保证其稳定性。
3. 计时器：用于测量弹簧振子的振动周期。
实验步骤：1. 将弹簧振子固定在支架上，保证其垂直挂放。
2. 将振子拉伸至适当的位置，使振子的质点与静止位置相距一定距离。
3. 释放振子，开始记录时间。
4. 记录振子的振动周期，即从一个极值点到下一个极值点所经历的时间。
5. 重复实验多次，取平均值以提高数据的准确性。
实验结果：通过多次实验，我们得到了一系列弹簧振子的振动周期数据。
根据这些数据，我们计算出了弹簧振子的平均振动周期，并进一步求得了振动频率。
讨论：根据实验结果，我们可以发现弹簧振子的振动周期与振子的质量无关，而与弹簧的劲度系数和振子的振幅有关。
振动周期与振幅之间存在着简单的线性关系，即振动周期随振幅的增大而增大。
这与弹簧振子的运动规律相吻合。
进一步探究：为了进一步研究弹簧振子的特性，我们可以改变弹簧的劲度系数和振子的质量，观察其对振动周期和振动频率的影响。
通过调节弹簧的劲度系数，我们可以发现振动周期与弹簧的劲度系数成反比关系，即劲度系数越大，振动周期越小。
而通过改变振子的质量，我们可以发现振动周期与质量成正比关系，即质量越大，振动周期越大。
实验应用：弹簧振子的研究在实际生活中有着广泛的应用。
例如，弹簧振子的运动规律可以应用于钟摆的设计和制造，以确保钟摆的稳定性和准确性。
此外，弹簧振子的原理也被应用于各种仪器和设备中，如振动传感器、阻尼器等。
结论：通过本次实验，我们深入了解了弹簧振子的特性和运动规律。
实验结果验证了弹簧振子的振动周期与振幅成正比，与弹簧的劲度系数和振子的质量无关。
弹簧振动实验报告
弹簧振动实验报告实验目的：通过实验验证弹簧振动的基本规律，探究振动频率和振动周期与振幅、弹簧劲度系数之间的关系。
实验原理：当质点沿直线作往复振动时，称为简谐振动。
对于弹簧振子而言，其振动是一种简谐振动，其运动规律可以用振幅、周期和频率等参数来描述。
振子的周期$T$与频率$f$之间的关系为$T=1/f$。
弹簧的劲度系数$k$是衡量其刚度的物理量，它与振动的周期和频率有密切关系。
实验仪器：弹簧振子、支架、计时器、尺子等。
实验步骤：1. 将弹簧振子悬挂在支架上，并调整振子的静止位置；2. 将振子拉向一侧，释放后开始振动；3. 使用计时器记录振子的周期；4. 分别测量不同振幅下的振动周期，并计算频率；5. 调整振子的质量，重复上述步骤，得到不同劲度系数下的振动数据；6. 绘制振动周期与振幅、劲度系数的关系曲线。
实验数据及结果：\begin{table}[H]\centering\begin{tabular}{|c|c|c|c|c|}\hline振幅（m） & 周期（s） & 频率（Hz） & 劲度系数（N/m） & 实验结果 \\\hline0.05 & 1.02 & 0.98 & 10 & 符合 \\\hline0.10 & 1.45 & 0.69 & 15 & 符合 \\\hline0.15 & 1.88 & 0.53 & 20 & 符合 \\\hline0.20 & 2.32 & 0.43 & 25 & 符合 \\\hline\end{tabular}\end{table}通过实验数据的分析，可以得出不同振幅下的振动周期逐渐增加，而频率呈现下降趋势。
同时，劲度系数越大，周期越短，频率越高，振动越快。
实验结果符合弹簧振动的基本规律。
实验结论：弹簧振动实验验证了振动周期和频率与振幅、劲度系数之间的关系。
实验十九弹簧振子的研究
实验十九弹簧振子的研究【实验目的】1.研究弹簧本身质量对振动的影响；2.研究不同形式的弹簧，其质量对振动的影响是否相同.【实验仪器】弹簧（锥形的、柱形的），停表（或数字毫秒计及光电门），砝码，托盘。
【实验原理】设弹簧的劲度系数为k ，悬挂负载质量为m (图 19-1)。
一般给出弹簧振动周期T 的公式为kmT π2=（19-1） 测量加各种不同负载m 的周期T 的值，作T m -图线，如图19-2(a)，可以看出T 与m 不是线性关系，但是作m T -2图线，则显然是一直线（图19-2(b)），不过此直线不通过零点，即0=m 时02≠T 。
从上述实验结果可以看出在弹簧周期公式中的质量，除去负载m 还应包括弹簧自身质量0m 的一部分，即)219(20-+=kCm m T π式中C 为未知系数。
在此实验中就是研究C 值。
【实验内容】 研究锥形弹簧的C 值(1)先测弹簧的质量0m 。
其次测量弹簧下端悬挂不同负载m 时的周期T （砝码托盘的质量应计入负载中），共测n 次。
(2)用停表测量周期时，要测量连续振动50次的时间t 。
握停表的手最好和负载同步振动。
为了显示0m 的影响，负载m 的起始值应尽可能取小些（比如0m 的三分之一左右或更小），变化范围适当大些。
n 也应大些。
2.数据处理 将式（19—2）改为)319(442022-+=mkcm k T ππ则得令kb cm k a m x T y 20224,4,,ππ====bx a y +=从n 组),(i i y x 值，可以求得b a 、值，从而求出C 值，bm aC =（19-4） 并且C 的不确定度)(c u 为)519())(())(())(()(20022-++=m m u b b u a a u C C u3.研究柱形弹簧的C 值，步骤同上4.比较二C 值是否一致。
注意：有的弹簧，当所加负载增到某值m 附近时，在上下振动的同时有明显地左右摆动，这对测量周期很不方便，这时可在弹簧上端加一长些的吊线即可解决回答问题：1.你对如何测准周期有何体会？2.对此实验的结果你作些什么说明？设想再做什么探索？ 测量举例1.锥形弹簧（No.15）g m g m 8242.1)(,651.120='=托盘取bx a T y m x +===按,,2用最小二乘法求b a 、值。
弹簧振子运动规律的实验研究实验报告
弹簧振子运动规律的实验研究实验报告实验报告：弹簧振子运动规律的实验研究1.引言弹簧振子是物理学中常见的一个物体，它是由一根弹簧和一个质点组成的。
弹簧可视为一个线性回复力系统，具有回复力与位移成正比的特性。
在本实验中，我们将研究弹簧振子的运动规律。
2.实验目的（1）通过实验测量弹簧振子的周期并计算其频率；（2）验证弹簧振子的运动规律。
3.实验器材弹簧振子装置、定时器、质量块、标尺。
4.实验步骤（1）将弹簧振子装置固定至实验台上，并调整至水平位置。
（2）在弹簧振子下方加一个质量块，记录下质量块的重量。
（3）用标尺测量质量块与弹簧静止时的伸长长度，并记录下来。
（4）将质量块拉起并放手，用定时器计时，记录下质量块振动的时间t1（5）重复步骤（4）多次，取得多次实验数据，并求出平均值。
（6）重复以上实验步骤，分别改变质量块的质量和弹簧的伸长长度。
5.数据处理（1）计算弹簧振子的周期T和频率f，公式如下：T=2t1；f=1/T（2）通过改变质量块的质量，绘制弹簧振子的质量块质量与振动周期T的关系曲线。
（3）通过改变弹簧的伸长长度，绘制弹簧的伸长长度与振动周期T的关系曲线。
6.实验结果与分析（1）通过实验数据计算弹簧振子的周期T和频率f，并绘制出质量块质量与周期T的关系曲线。
（2）通过实验数据计算弹簧的伸长长度与周期T的关系，并绘制出其关系曲线。
（3）通过实验数据分析，发现质量块质量增大，振动周期T也增大，符合弹簧振子的运动规律。
而伸长长度增大，周期T也增大，也符合弹簧振子的运动规律。
7.结论（1）通过实验测得弹簧振子的周期T和频率f，并验证了弹簧振子的周期与频率之间的关系T=1/f。
（2）通过实验研究发现，质量块质量增大和弹簧的伸长长度增大，都会使弹簧振子的周期变大，符合弹簧振子的运动规律。
8.实验改进（1）增加实验次数，提高数据的可靠性。
（2）使用更精确的测量器材，提高测量的准确性。
（3）进行更多的条件变化，如改变弹簧的劲度系数等，来进一步研究弹簧振子的运动规律。
物理实验报告03946
物理实验报告03946
本次实验使用的是弹簧振子，它是一个简单的单摆系统，由质点和弹簧组成。
当质点偏离平衡位置后，会受到弹簧的拉力和重力的作用，产生振动。
实验步骤：
1. 将弹簧挂在支架上，在下端挂上一个质量为m的质点。
2. 将质点拉至离平衡位置有一定距离，释放质点使其进行自由振动。
3. 使用计时器记录每次振动的时间t，进行多次测量，求出平均值。
4. 根据弹簧的弹性系数k和质量m，计算出振动周期T和角频率ω。
实验结果：
经过多次测量，我们得到了以下数据：
t1 = 1.37s， t2 = 1.45s， t3 = 1.42s， t4 = 1.39s， t5 = 1.41s
取平均值，得到t = 1.408s
根据公式T = 2π√(m/k)，可以计算出振动周期T为0.892s，角频率ω为
7.03rad/s。
实验分析：
在实验中，我们发现弹簧振子的振动周期与质量和弹性系数有关，质量越大，振动周期越长。
弹性系数越大，振动周期越短。
在实验中，由于弹簧的材质和长度都是一定的，弹性系数k可以看作一定的常数。
因此我们可以通过改变质量m来控制振动周期，从而探究弹簧振子的特性。
本次实验中我们探究了弹簧振子的振动特性，得到了以下结论：
2. 弹性系数可以看作一定的常数，通过改变质量可以控制振动周期。
3. 弹簧振子具有固有频率，也就是当质点振动的频率等于弹簧振子的固有频率时，振幅会达到最大值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
弹簧振子实验报告
一、引言
●实验目的
1.测定弹簧的刚度系数(stiffness coefficient).
2.研究弹簧振子的振动特性，验证周期公式.
3.学习处理实验数据.
●实验原理
一根上端固定的圆柱螺旋弹簧下端悬一重物后，就构成了弹簧振子.当振子处于静止状况时,重物所受的重力与弹簧作用于它的弹性恢复力相平衡,这是振子的静止位置就叫平衡位置.如用外力使振子离开平衡位置然后释放,则振子将以平衡位置为中心作上下振动.实验研究表明,如以振子的平衡位置为原点(x=0),则当振子沿铅垂方向离开平衡位置时,它受到的弹簧恢复力F在一定的限度与振子的位移x成正比,即
F=−kx(1)
式中的比例常数k称为刚度系数（stiffness coefficient），它是使弹簧产生单位形变所须的载荷.这就是胡克定律.式（1）中的负号表示弹性恢复力始终指向平衡位置.当位移x为负值，即振子向下平移时，力F向上.这里的力F表示弹性力与重力mg的综合作用结果.
根据牛顿第二定律，如振子的质量为m，在弹性力作用下振子的运动方程为：
m d2x
dt
+kx=0(2)
令ω2=k
m ，上式可化为一个典型的二阶常系数微分方程d
2x
dt
+ω02=0，其解
为
x=A sin（ω0t+ϕ）（3）
（3）式表明.弹簧振子在外力扰动后，将做振幅为A，角频率为ω0的简谐振动，式中的（ω0t+ϕ）称为相位，ϕ称为初相位.角频率为ω0的振子其振动周期为T0=2π
ω0
，可得
x=2π√m
k
（4）
(4)式表示振子的周期与其质量、弹簧刚度系数之间的关系，这是弹簧振子的最基本的特性.弹簧振子是振动系统中最简单的一种，它的运动特性（振幅，相位，频率，周期）是所有振动系统共有的基本特性，研究弹簧振子的振动是认识更复杂震动的基础.
弹簧的质量对振动周期也有影响.可以证明，对于质量为m0的圆柱形弹簧，振子周期为
T=2π√m+m0
3⁄
k
（5）
式中m0
3⁄称为弹簧的等效质量，即弹簧相当于以
m0
3⁄的质量参加了振子的
振动.非圆柱弹簧（如锥形弹簧）的等效质量系数不等于1/3.
我们选用短而轻的弹簧并配备适当重量的砝码组成振子，是实验条件与理论比较相符.在此基础上测振子周期，考察振子质量和弹簧刚度系数对周期的影响，再将所得结果与理论公式比较，并探讨实验中存在的问题.
实验仪器装置
游标高度尺，电子天平，弹簧，砝码，秒表
二、实验步骤
1.测弹簧质量和刚度系数
先测出弹簧的质量和刚度系数，测量时要分清弹簧的标记色，避免测周期是把数据弄混.弹簧的刚度系数可用静力平衡法测定，即在悬挂好的弹簧下端逐次加挂砝码，设其质量为m1，m2，m3，m4，m5，然后取x i为自变量、y i=m i g为因变量作直线拟合，斜率b的绝对值即为弹簧的刚度系数.(也可对x
i，
m i拟合做出直线斜率，再乘以g=9.801m s−2).为测准x i，应选一能正确反映弹簧伸长的标志线或面，而且要保证高度尺能方便地校准.实验中砝码和弹簧质量要求读到0.01g.
2.对同一弹簧测不同振子质量m i时的周期T i，验证T2—m i之间的规律
选一弹簧，测量5或6个不同质量下的振动周期，每次固定读取连续100个（或50个）周期的时间间隔，同一质量下测3次，取其平均值来计算结果T i，实验前预先拟好数据表格.
（5）式改写为方程
m=k
4π2T2−m0
3
(6)
对测量数据作以T 2为自变量、m 为因变量的最小二乘法直线拟合.可由直线的斜率与截距求得刚度系数k 与弹簧的质量m 0.
3. 对几乎相同的振子质量测不同弹簧的周期，验证T i —k i 之间的规律.
砝码质量可选定大于0.300kg 的某合适值，用不同弹簧测量振子周期，每次测量仍固定读取连续100个（或50个）周期的时间间隔，同一弹簧测3次周期，取其平均值作为结果T i .
不同弹簧的振子总等效质量可能略有不同.下面的数据处理中计算总振子质量时，近似的统一加上弹簧平均质量的1/3，经过分析可以得知，这样不同弹簧的振子总等效质量与近似值的差别不大于0.15%，折合成的等效周期测量误差不大于0.08%，即使不对质量因素进行修正，其影响也不太大.方程（5）可以变换成
ln T i =ln (2π√m +
m 0̅̅̅̅3⁄)−12
lnk i (7) 可对测量数据作以lnk i 为自变量、lnT i 为因变量进行直线拟合.
三、 数据分析
1. 砝码质量与弹簧质量
其中质量测量的不确定度均为δm =0.0001g
表1 砝码的质量
表2 弹簧的质量
2.测量弹簧的k值
其中长度测量的不确定度均为δl=0.01mm.表中长度单位均为mm.读数指弹簧最下端在游标高度尺上的读数.
表3 悬挂不同砝码的各弹簧读数下面是以读数为自变量,m i g为因变量进行直线拟合所得的图像:
R² = 0.9991
图1无（较小）弹簧mg-x
R² = 0.981
图2 红色弹簧的mg-x
R² = 0.9173
图3 黄色弹簧的mg-x
R² = 0.9996
图4 橙色弹簧的mg-x
R² = 0.9983
图5 蓝色弹簧的mg-x
R² = 0.9991
图6 无(较大)弹簧mg-x
由拟合直线的斜率可以求得各弹簧的刚度系数见下表
表4 各弹簧的刚度系数
3.对同一弹簧测不同振子质量m i时的周期T i，验证T2—m i之间的规律
选定蓝色的弹簧，测量不同振子质量m i时的周期T i如下表：
表5 同一弹簧测不同振子质量m i时的周期T i
以T i2为自变量，m i为因变量进行线性拟合，得到下图
R² = 0.9999
图7 m-T i2拟合直线
由直线可得m-T i2满足线性关系.由斜率计算蓝色弹簧得刚度系数为5.772N/m.由截距算的蓝色弹簧的质量为44.49g.
4.对几乎相同的振子质量测不同弹簧的周期，验证T i—k i之间的规律.
选定4个砝码不变.换用不同的弹簧，测得周期数据如下表：
R² = 0.9835
图8 不同弹簧的T i—k i之间的规律
四、误差分析
1.测量弹簧的k值的误差分析见下表
综上,各弹簧的刚度系数见下表
2.验证T2—m i之间的规律的误差分析
Γ=0.098
Δy=8.62×10−5
Δ
k
4π2
=ΔB=5.499×10−4
由上式得出
Δk=4π2ΔB=0.0217N/m
所以由拟合直线计算蓝色弹簧的刚度系数为k=5.7717±0.0217 (N/m)
这个结果与重力平衡法测得的刚度系数仍有一定差距,可能是因为实验中长度读数误差或者弹簧的刚度系数在实验中发生改变造成的.
ΔA=1.844×10−4
Δm0=ΔA×3=5.532×10−4
所以蓝色弹簧的质量m0=0.04449±5.532×10−4(kg)
3.验证T i—k i之间的规律的误差分析
Γ=3.652
Δy=0.0766
ΔB=0.0896
所以拟合直线的斜率为-0.4891±0.0896,该围包括-0.5这个理论预计值,说明实验很好的证实了ln k i与ln T i的线性关系.
五、实验结论
该实验通过重力平衡法测得了各弹簧的刚度系数.研究了弹簧振子的运动特性,验
证了周期公式T=2π√m+m0
3⁄
k
.实验数据与理论符合的较好.。