通过绘制载荷与伸长量之间的图像，找出螺旋弹簧的弹性系数

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弹簧或螺旋弹簧的图像表示了伸长量与载荷的关系。该图像必须表明弹簧的伸长量完全取决于所施加的载荷。此图像也称为伸长量-载荷图像。通过此实验将观察到一些事项，首先需要一个完美的实验室设置，然后是实验数据集和解释这些伸长量载荷图像的过程。

目的

该实验旨在通过简单地在载荷和伸长量之间绘制图像来求出螺旋弹簧的弹性系数或弹簧常数 (Chattopadhyay, 2021)。本实验中使用的螺旋弹簧是一种线圈缠绕的弹簧。这类似于螺纹，在机械实验领域很常见。

图 1：弹簧的伸长量

所需材料

此实验需要一些重要的材料，如果缺少其中之一，整个过程将被取消。一个坚硬的支撑物、一个螺旋弹簧、一个 50 克或 20 克的挂钩、六个 20 克或 50 克的开槽砝码、一个钩子、一个尖锐的指针，以及最重要的是一个垂直的木制刻度尺。

理论

在将载荷（假设为 F）悬挂在从坚硬支撑物悬挂的螺旋弹簧的下端和自由端时，其自身的长度会增加大约 I 的量，则 F∝ I 或 F=KI，其中 K 表示比例常数 (Chattopadhyay, 2021)。它被称为螺旋弹簧的弹性系数或弹簧常数。

在上式中，很明显，如果 I=1，则 F=K。

因此，弹簧或螺旋弹簧的弹性系数或弹簧常数可以定义为产生弹簧单位伸长量所需的力。

过程

对于此实验，需要遵循一些强制性步骤。

• 弹簧必须悬挂在坚硬的支撑物上，并应连接一个指针。然后必须从下端自由端连接一个钩子 (golabz, 2022)。
• 应将 50 克的挂钩悬挂在钩子上。
• 一个完美的木制刻度尺是必不可少的，指针的尖端位于刻度尺的分度线上，但不接触刻度尺。
• 应记录刻度尺上的读数，并应在载荷列中针对零载荷记录下来。
• 需要在挂钩上添加适当的 50 克或 20 克开槽砝码的载荷。指针的尖端将向下移动。
• 在此，该过程需要一些时间，直到指针静止。然后，再次重复第四步，并应记录刻度尺的读数。
• 接下来两步也应分别重复，直到添加了六个槽。
• 在下一步中，必须取下一个开槽砝码。指针将再次向上移动，需要重复第六步。
• 9.需要重复第八步，直到只剩下挂钩。
• 10.最后，将所有观察结果记录在下表中。

观察

游标卡尺的最小刻度值为 0.1 厘米。

编号	载荷	指针尖端位置的读数			伸长量
	挂钩 (W)=施加的力	加载 (x 厘米)	卸载 (y 厘米)	平均值 z= [(x+y)/2]	(I 厘米)
	0
	50
	100
	150
	200
	250
	300

表 1：伸长量和载荷计算表

图像

图 2：力与伸长量之间的图像

应在 F（即力）和 I（即伸长量）之间绘制图像，其中 F 沿 x 轴，I 沿 y 轴 (ncert, 2022)。如上图 2 所示，此图像将是一条直线。

从该图像可以看出，F 从 B 到 C 的任何变化都会导致 I 从 B 到 D 的变化。简单来说，250 克的重量会产生 2.5 厘米的伸长量 (learncbse, 2022)。

根据此数据，可以计算弹性系数或弹簧常数。

因为 K= (F/I)= (BC/AC)

因此，K= (250/2.5) = 100 克重/厘米

结果

螺旋弹簧的弹性系数或弹簧常数为 100 克重/厘米。应该记住，这个弹簧，即量程为 1 公斤的弹簧秤，其刻度尺长度为 10 厘米。

结论

整个实验的目的是为了找出螺旋弹簧长度的伸长量如何取决于所施加的载荷。上面提到的图像完美地指示了结果。图像形成一条直线，直到某一点。这意味着长度的伸长量随着载荷的增加而均匀增加。然后，在施加载荷达到一定限度后，图像开始弯曲。伸长量和载荷不再以相等的步长增加。

常见问题

Q1. 什么是螺旋弹簧？

螺旋弹簧是最常用的机械弹簧，具有缠绕的线圈。它类似于螺纹。它用于拉、推或承载载荷。

Q2. 实验结果是什么？

给定弹簧的弹性系数为 100 克重/厘米。

Q3. 什么是伸长量-载荷图像？

弹簧的伸长量-载荷图像是一个表示其伸长量与载荷之间关系的图像。绘制此图像是为了观察弹簧的伸长量如何取决于所施加的载荷。它也称为载荷-伸长量图像。