胡克定律

初中物理理想弹簧的静态平衡，g = 9.8 N/kg

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关于此实验

将一个质量块挂在理想弹簧上，测量弹簧伸长了多少。依次记录多个力-伸长量数据点，然后改变弹簧刚度以比较斜率。弹簧示意图显示的是平衡位置，而不是质量块稳定下来时的运动过程。

学习目标

探究平衡时悬挂重物的重量与弹簧伸长量之间的关系
根据力-伸长量图像的斜率确定弹簧刚度
计算拉伸弹簧中储存的能量

使用方法

1将刚度保持在20 N/m。将质量设为零并记录该点。
2将质量依次增加到0.50、1.00和1.50 kg，并记录每次的力和伸长量。
3对每个非零点，计算力除以伸长量的值，并与所选刚度进行比较。
4保留已记录的点，提高刚度，并将新直线与原始测量值进行比较。

模型

F = m g = k x

在平衡状态下，弹簧力与悬挂物体的重力相平衡

x = \frac{m g}{k}

伸长量以未受载弹簧的长度为基准测量

E = \frac{1}{2} k x^{2}

相对于未受载弹簧的弹性势能

假设

弹簧没有质量，并且在图示的所有伸长量下都遵循线性力定律。真实弹簧的弹性范围有限。
每个显示的状态都是静态平衡；不模拟振荡和阻尼。
悬挂质量视为点载荷，重力场均匀，重力加速度为9.8 N/kg。

在课堂上试试这个实验

Q1刚度为20 N/m时，1 kg的质量会产生多大的伸长量？
Q2质量不变时，刚度加倍，伸长量和储存的能量会怎样变化？
Q3弯曲的实验力-伸长量图如何揭示该模型的局限性？

常见问题

刚度更大的弹簧，图线的斜率会更大吗？

是的。力绘制在纵轴上，伸长量绘制在横轴上，因此斜率就是刚度 k，单位为 N/m。

模拟中的弹簧为什么能伸长这么多？

这是一个没有弹性限度的理想线性模型。真实弹簧在伸长很多之前可能会发生永久变形或断裂。