竖直弹簧振子的运动

【目的和要求】

　　用竖直弹簧振子验证在只有重力和弹力做功时，系统的机械能守恒。

【仪器和器材】

　　密绕软弹簧，100克钩码，自制金属环（或方座支架的铁圈），方座支架（J1102型），长20厘米的金属棒，直尺。

【实验方法】

　　1．把金属杆、金属环Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ按图2．29所示的顺序装在立柱上，把弹簧挂在金属杆上。在未挂上钩码时，调整金属环Ⅰ的位置，使与弹簧下端箭头所指位置等高。

　　2．把质量为m的钩码挂在弹簧下端，手拉钩码慢慢下放至平衡位置。测出此时弹簧下端箭头与金属环Ⅰ间的距离x₀。由（1）式求出弹簧的倔强系数k。

　　3．调整金属环Ⅲ和Ⅱ的位置，使它们距弹簧下端的箭头（此时它指示平衡位置）等远。作为实验中弹簧振动时，弹簧下端箭头的最低位置和最高位置。竖直下拉钩码，至弹簧下端箭头与金属环Ⅲ处于同一水平面后自由释放，观察在振动中，弹簧下端箭头的最高位置是否与金属环Ⅱ在同一水平面内。若不一致，可稍微移动金属环Ⅱ使之一致，测出环Ⅰ到环Ⅲ的距离x₁和环Ⅰ到环Ⅰ的距离x₂。

　　4．由（2）、（3）式分别算出E₁和E₂，看它们在实验误差范围内是否相等。

【注意事项】

　　1．由于振动中机械能会因克服空气阻力做功而损耗，因此在定振动的最高位置时，应以最初几次振动的最大高度为准。

　　2．向下拉钩码的距离不可过大，应使得在整个振动过程中弹簧都处于伸长状态，以免弹簧压缩时出现弯曲，破坏振动的稳定性。

【思考题】

　　1．振动中钩码在什么位置的动能最大？你能否利用测量的数据计算出振动的最大动能？

　　2．钩码振动时间稍长，振幅明显减小，这是否说明振动中能量不守恒？减少的机械能转移到哪里去了？

　　3．若在宇宙飞船或绕行星做圆周运动的空间站上做这个实验，结果将如何？为什么？