新型焦利秤实验

1、焦利称实验一. 实验目的1. 用伸长法测量弹簧劲度系数，验证胡克定律。2. 测量弹簧作简谐振动的周期，求得弹簧的劲度系数。3. 研究弹簧振子作谐振动时周期与振子的质量、弹簧劲度系数的关系。4. 了解并掌握集成霍尔开关传感器在测量周期或转速中的应用，掌握其使用方法。二. 实验原理1 弹簧在外力作用下将产生形变，在弹性限度内，外力和它的形变量成正比，即 （1）这就是胡克定律。（1）式中，为弹簧的劲度系数，它与弹簧的形状、材料有关。通过测量和相应的的对应关系，就可由（1）式推算出弹簧的劲度系数。2 将质量为的物体垂直悬挂于支架上弹簧的自由端，构成一个弹簧振子，若物体在外力作用下离开平衡位置少许，然后

2、释放，则物体就在平衡位置附近做简谐振动，其周期为 （2）（2）式中是待定系数，它的值近似为1/3，是弹簧本身的质量，而成为弹簧的有效质量。通过测量弹簧振子的振动周期，就可由（2）式计算出弹簧的劲度系数。3. 磁敏开关 集成开关型霍耳传感器简称霍耳开关，是一种高灵敏度磁敏开关。其外形如图1所示，在V+和V-间加5V直流电压，V+接电源正极、V-接负极。当垂直于该传感器的磁感应强度大于某值Bop时，该传感器处于“导通”状态，这时在OUT脚和V-脚之间输出电压极小，近似为零；当磁感强度小于某值Brp(Brp<Bop)时，输出电压等于V+、V-端所加的电源电压。利用集成霍耳开关这个特性，可以将传

3、感器输出信号输入周期测定仪，测量物体转动的周期或物体移动所需时间。 （a）霍耳开关 （b）使用连接线 图 1三 实验仪器 如图2所示，实验仪器包括新型焦利秤、霍尔开关传感器及固定块、计数计时仪。图2 新型焦利秤实验仪1.小磁钢 2.霍耳开关传感器 3.触发指示 4.调节旋钮 5.横壁 6.吊钩 7.弹簧 8.配重圆柱体 9.小指针 10.挂钩 11.小镜子 12.砝码托盘 13.游标尺 14.主尺 15.水平调节螺丝 16.计数显示 17.计时显示 18.复位键 19.设置/查阅功能按键四. 实验内容必做内容：测量弹簧劲度系数K1. 用新型焦利称测定弹簧劲度系数K(1) 调节底板的三个水平调节

4、螺丝，使焦利秤立柱垂直。(2) 在主尺顶部挂入吊钩，再安装弹簧和配重圆柱体（两个小圆柱体），小指针夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘，这时弹簧已被拉伸一段距离。（见图2）(3) 调整小游标的高度使小游标左侧的基准刻线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合，当镜子边框上刻线、指针和像重合时，才能通过主尺和游标尺读出读数。(4) 先在砝码托盘中放入1克砝码，然后再重复实验步骤（3），读出此时指针所在的位置值。先后放入托盘中9个1克砝码，通过主尺和游标尺读出每个砝码被放入后小指针的位置值；再依次从托盘中把这10个砝码一个个取下，记下对

5、应的位置值。（读数时须注意消除视差）(5) 根据每次放入或取下砝码时对应砝码质量Mi和对应的伸长值y1，用作图法或逐差法，求得弹簧的劲度系数K。2. 测量弹簧作简谐振动时的周期，通过计算得出弹簧的劲度系数。（1）取下弹簧下的砝码托盘、吊钩和配重圆柱体和指针，挂入20g铁砝码。铁砝码下吸有磁钢片（磁极需正确摆放，使霍尔开关感应面对准S极，否则不能使霍耳开关传感器导通）。（2）把带有传感器的探测器装在镜尺的左侧面，探测器通过同轴电缆线与计数计时器输入端连接。（3）拨通计时器的电源开关，使计时器预热10分钟。（4）上下移动镜尺调整霍耳开关探测器与钕铁硼小磁钢间距（约4cm），使磁钢与霍尔传感器正面对

6、准，以使小磁钢在振动过程中比较好的使霍耳传感器触发。（4）向下拉动砝码使其拉伸一定距离，而使小磁钢面贴近霍耳传感器的正面，这时可看到触发指示的发光二极管是暗的，然后松开手，让砝码上下振动，用霍耳开关探测器方法记录弹簧振动50次的时间，并计算振动周期，代入（2）式，计算弹簧的劲度系数。3. 将伸长法和振动法测得的弹簧劲度系数进行比较。选做内容1. 用新型焦利秤测量微小拉力，求液体的表面张力系数。 在弹簧秤下挂一个直径为3.2cm的薄型圆环。在其下面另配一个升降台，升降台上放一个玻璃器皿，器皿中放置纯水，测量金属环与水接触后，水柱因液面下降，到液柱变薄直至拉断前瞬间的力，和拉断后的力，此二力之差便

7、是液体水的表面张力。已知表面张力及作用力的长度，可以求得表面张力系数。参考资料沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京，高等教育出版社，2003，p116-117。2. 用新型焦利称测量本地区的重力加速度提示：弹簧劲度系数用振动法求得，通过测出力与伸长量关系，用胡克定律求出重力加速度。参考资料沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京，高等教育出版社，2003，p103-108。贾玉润等，大学物理实验，上海，复旦大学出版社，1987.7。陆申龙、张平，用集成霍耳传感器测量周期的新型焦利秤的研制，实验技术与管理，2001，18（2）：p119-122。五.实验结果1. 用新型焦利称测定弹簧劲度系数K表1 关系数据次数砝码质量（kg）标尺读数 (mm)逐差值(mm)增加砝码减小砝码平均逐差11.00022.00033.00044.00055.00066.00