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研究橡皮筋的伸长和拉力的关系

2008-1-18 11:47:40   网络转摘
  我们曾经用弹簧做过验证胡克定律的实验。对于橡皮筋是否遵从胡克定律尚不清楚。正确的方法就是通过实验来进行研究。

  取一根长约20厘米左右的细橡皮筋(航空模型用的细橡皮筋或者从松紧带中抽出的细橡皮筋),把它的一端拴在钉在墙上的钉子上,再用细线拴住橡皮筋的下端,在线的中间打一个结,作为观测的记号,并在线的下端打一个圈,准备挂槽码钩用。

  实验前在橡皮筋背后的墙上贴一张白纸,用手轻轻拉住线的下端,使橡皮筋整直,再用铅笔记下橡皮筋几乎不受拉力时线结的位置,作为测量伸长的零点。

  实验时,首先挂一只20克的槽码钩,再加上一只20克的糟码(图121),用记号“·”在白纸上分别记下线结的位置。然后把20克槽码减去,用记号“×”记下线结的位置。再挂上两只20克的槽码,然后逐一地把槽码减去,直到减完为止,并分别用“·”和“×”记录加减负载时线结的位置。如此重复实验,直到橡皮筋发生永久形变为止。把测量的数据填在表格中。

负载

橡皮盘的伸长(mm

所加槽码质量m(×10-3kg)

拉力F=mg(N)

加负载

时的伸长

每次减去1个槽码时的伸长

1

2

3

4

5

6

20

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

  根据你测量的数据绘制出橡皮筋的伸长ΔL对负载拉力F的图象,看一看它是否遵从胡克定律。实际上橡皮筋的伸长与外力的关系还是相当复杂的。由于在拉伸的过程中,它的截面积要同时发生变化,以及它的内部结构变化,只在一定的负载范围内近似地遵从胡克定律。请你通过实验找出这样的范围。

  实验中你还可以发现,在负载的低端和高端区域都有明显的异常。在低端区,它的非线性明显,即伸长与外力不成正比,k值随负载增大而增大,但减小外力与增加外力的变化是可逆的,说明橡皮筋没有超出弹性限度。在高端区,虽然也是非线性的,但其变化已不可逆,加减负载至同一值时,它们对应的伸长不相同,减负载时的伸长大,说明超出弹性限度,出现了剩余形变。图122为一次实验的ΔLF的图象。

 

 

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