新型焦利秤實(shí)驗(yàn)

1、焦利稱實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 用伸長(zhǎng)法測(cè)量彈簧勁度系數(shù)，驗(yàn)證胡克定律。2. 測(cè)量彈簧作簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期，求得彈簧的勁度系數(shù)。3. 研究彈簧振子作諧振動(dòng)時(shí)周期與振子的質(zhì)量、彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系。4. 了解并掌握集成霍爾開關(guān)傳感器在測(cè)量周期或轉(zhuǎn)速中的應(yīng)用，掌握其使用方法。二. 實(shí)驗(yàn)原理1 彈簧在外力作用下將產(chǎn)生形變，在彈性限度內(nèi)，外力和它的形變量成正比，即 （1）這就是胡克定律。（1）式中，為彈簧的勁度系數(shù)，它與彈簧的形狀、材料有關(guān)。通過測(cè)量和相應(yīng)的的對(duì)應(yīng)關(guān)系，就可由（1）式推算出彈簧的勁度系數(shù)。2 將質(zhì)量為的物體垂直懸掛于支架上彈簧的自由端，構(gòu)成一個(gè)彈簧振子，若物體在外力作用下離開平衡位置少許，然后

2、釋放，則物體就在平衡位置附近做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其周期為 （2）（2）式中是待定系數(shù)，它的值近似為1/3，是彈簧本身的質(zhì)量，而成為彈簧的有效質(zhì)量。通過測(cè)量彈簧振子的振動(dòng)周期，就可由（2）式計(jì)算出彈簧的勁度系數(shù)。3. 磁敏開關(guān) 集成開關(guān)型霍耳傳感器簡(jiǎn)稱霍耳開關(guān)，是一種高靈敏度磁敏開關(guān)。其外形如圖1所示，在V+和V-間加5V直流電壓，V+接電源正極、V-接負(fù)極。當(dāng)垂直于該傳感器的磁感應(yīng)強(qiáng)度大于某值Bop時(shí)，該傳感器處于“導(dǎo)通”狀態(tài)，這時(shí)在OUT腳和V-腳之間輸出電壓極小，近似為零；當(dāng)磁感強(qiáng)度小于某值Brp(Brp<Bop)時(shí)，輸出電壓等于V+、V-端所加的電源電壓。利用集成霍耳開關(guān)這個(gè)特性，可以將傳

3、感器輸出信號(hào)輸入周期測(cè)定儀，測(cè)量物體轉(zhuǎn)動(dòng)的周期或物體移動(dòng)所需時(shí)間。 （a）霍耳開關(guān) （b）使用連接線 圖 1三 實(shí)驗(yàn)儀器 如圖2所示，實(shí)驗(yàn)儀器包括新型焦利秤、霍爾開關(guān)傳感器及固定塊、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)儀。圖2 新型焦利秤實(shí)驗(yàn)儀1.小磁鋼 2.霍耳開關(guān)傳感器 3.觸發(fā)指示 4.調(diào)節(jié)旋鈕 5.橫壁 6.吊鉤 7.彈簧 8.配重圓柱體 9.小指針 10.掛鉤 11.小鏡子 12.砝碼托盤 13.游標(biāo)尺 14.主尺 15.水平調(diào)節(jié)螺絲 16.計(jì)數(shù)顯示 17.計(jì)時(shí)顯示 18.復(fù)位鍵 19.設(shè)置/查閱功能按鍵四. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容必做內(nèi)容：測(cè)量彈簧勁度系數(shù)K1. 用新型焦利稱測(cè)定彈簧勁度系數(shù)K(1) 調(diào)節(jié)底板的三個(gè)水平調(diào)節(jié)

4、螺絲，使焦利秤立柱垂直。(2) 在主尺頂部掛入吊鉤，再安裝彈簧和配重圓柱體（兩個(gè)小圓柱體），小指針夾在兩個(gè)配重圓柱中間，配重圓柱體下端通過吊鉤鉤住砝碼托盤，這時(shí)彈簧已被拉伸一段距離。（見圖2）(3) 調(diào)整小游標(biāo)的高度使小游標(biāo)左側(cè)的基準(zhǔn)刻線大致對(duì)準(zhǔn)指針，鎖緊固定小游標(biāo)的鎖緊螺釘，然后調(diào)節(jié)微調(diào)螺絲使指針與鏡子框邊的刻線重合，當(dāng)鏡子邊框上刻線、指針和像重合時(shí)，才能通過主尺和游標(biāo)尺讀出讀數(shù)。(4) 先在砝碼托盤中放入1克砝碼，然后再重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（3），讀出此時(shí)指針?biāo)诘奈恢弥?。先后放入托盤中9個(gè)1克砝碼，通過主尺和游標(biāo)尺讀出每個(gè)砝碼被放入后小指針的位置值；再依次從托盤中把這10個(gè)砝碼一個(gè)個(gè)取下，記下對(duì)

5、應(yīng)的位置值。（讀數(shù)時(shí)須注意消除視差）(5) 根據(jù)每次放入或取下砝碼時(shí)對(duì)應(yīng)砝碼質(zhì)量Mi和對(duì)應(yīng)的伸長(zhǎng)值y1，用作圖法或逐差法，求得彈簧的勁度系數(shù)K。2. 測(cè)量彈簧作簡(jiǎn)諧振動(dòng)時(shí)的周期，通過計(jì)算得出彈簧的勁度系數(shù)。（1）取下彈簧下的砝碼托盤、吊鉤和配重圓柱體和指針，掛入20g鐵砝碼。鐵砝碼下吸有磁鋼片（磁極需正確擺放，使霍爾開關(guān)感應(yīng)面對(duì)準(zhǔn)S極，否則不能使霍耳開關(guān)傳感器導(dǎo)通）。（2）把帶有傳感器的探測(cè)器裝在鏡尺的左側(cè)面，探測(cè)器通過同軸電纜線與計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)器輸入端連接。（3）撥通計(jì)時(shí)器的電源開關(guān)，使計(jì)時(shí)器預(yù)熱10分鐘。（4）上下移動(dòng)鏡尺調(diào)整霍耳開關(guān)探測(cè)器與釹鐵硼小磁鋼間距（約4cm），使磁鋼與霍爾傳感器正面對(duì)

6、準(zhǔn)，以使小磁鋼在振動(dòng)過程中比較好的使霍耳傳感器觸發(fā)。（4）向下拉動(dòng)砝碼使其拉伸一定距離，而使小磁鋼面貼近霍耳傳感器的正面，這時(shí)可看到觸發(fā)指示的發(fā)光二極管是暗的，然后松開手，讓砝碼上下振動(dòng)，用霍耳開關(guān)探測(cè)器方法記錄彈簧振動(dòng)50次的時(shí)間，并計(jì)算振動(dòng)周期，代入（2）式，計(jì)算彈簧的勁度系數(shù)。3. 將伸長(zhǎng)法和振動(dòng)法測(cè)得的彈簧勁度系數(shù)進(jìn)行比較。選做內(nèi)容1. 用新型焦利秤測(cè)量微小拉力，求液體的表面張力系數(shù)。 在彈簧秤下掛一個(gè)直徑為3.2cm的薄型圓環(huán)。在其下面另配一個(gè)升降臺(tái)，升降臺(tái)上放一個(gè)玻璃器皿，器皿中放置純水，測(cè)量金屬環(huán)與水接觸后，水柱因液面下降，到液柱變薄直至拉斷前瞬間的力，和拉斷后的力，此二力之差便

7、是液體水的表面張力。已知表面張力及作用力的長(zhǎng)度，可以求得表面張力系數(shù)。參考資料沈元華、陸申龍主編，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，北京，高等教育出版社，2003，p116-117。2. 用新型焦利稱測(cè)量本地區(qū)的重力加速度提示：彈簧勁度系數(shù)用振動(dòng)法求得，通過測(cè)出力與伸長(zhǎng)量關(guān)系，用胡克定律求出重力加速度。參考資料沈元華、陸申龍主編，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，北京，高等教育出版社，2003，p103-108。賈玉潤(rùn)等，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，上海，復(fù)旦大學(xué)出版社，1987.7。陸申龍、張平，用集成霍耳傳感器測(cè)量周期的新型焦利秤的研制，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2001，18（2）：p119-122。五.實(shí)驗(yàn)結(jié)果1. 用新型焦利稱測(cè)定彈簧勁度系數(shù)K表1 關(guān)系數(shù)據(jù)次數(shù)砝碼質(zhì)量（kg）標(biāo)尺讀數(shù) (mm)逐差值(mm)增加砝碼減小砝碼平均逐差11.00022.00033.00044.00055.00066.00