懸掛重物彈簧上端下落速度研究

摘 要：本文對懸掛重物彈簧上端下落速度進行了研究，利用了高速錄像機，KMPlayer軟件，mathematica8.0軟件等先進設備記錄并測繪彈簧上端在下落時的速度;得出了在排除其他干擾因素下，彈簧自由下落時彈簧上端做勻速運動的結論。

關鍵詞：彈簧上端;速度;振動圖像

本文作者基于胡克定律的探究過程，偶然對彈簧在懸掛重物的情況下，彈簧上端在自由下落的過程中是否呈勻速運動產生疑惑，進而對其進行研究。在研究過程中，作者運用大量的實驗方法，采用精尖的設備，實現對數據的自動化采集和相關圖像的繪制，使得實驗結果更加精準。

軟件運用與物理探究融合，使新知獲得過程更具興趣化，更具探索性，是自我學習的有效途徑之一。而且，隨著科技發展，科技電子設備、物理實驗與獲得新知相融合的現象越來越普及，本研究積極跟進。本文利用彈簧自由下落時彈簧中各處張力與重力是平衡的原理研究了彈簧自由下落時彈簧上端是否呈勻速運動。

一、研究過程

（一）彈簧不懸掛重物時

1.初始擺放圖像如圖1所示

2.測量的相關實驗數據及繪制的圖像

彈簧不懸掛重物時彈簧質量為201.39g，彈簧水平原長為5.72cm，彈簧豎直原長119cm。用高速錄像機設置為每秒200幀的拍攝模式，拍攝彈簧不掛重物時，自由下落的視頻;使用KMPlayer軟件的捕獲功能將視頻轉為逐幀照片;使用mathematica8.0軟件讀取照片中彈簧上端下落時所處位置的橫坐標點;本研究讀取了以下七組截圖數據，數據如表1所示。

將以上數據利用所得的橫坐標點和下落的時間使用mathematica8.0軟件繪制出彈簧上端運動的速率圖像，得出彈簧上端下落的速率。

3.研究結論

由mathematica8.0軟件計算得出彈簧上端下落的速度為V=5.38m/s。從速率圖不難看出彈簧上端做勻速運動。

（二）彈簧懸掛重物時

1.初始擺放圖像如圖3所示

2.測量的相關實驗數據及繪制的圖像

彈簧不懸掛重物時彈簧質量為201.39g，彈簧水平原長為5.72cm，彈簧豎直原長119cm，懸掛重物彈簧的豎直原長16913cm，懸掛重物的質量58.58g，懸掛重物彈簧的質量25997g。用高速錄像機設置為每秒200幀的拍攝模式，拍攝彈簧懸掛重物時，自由下落的視頻;使用KMPlayer軟件的捕獲功能將視頻轉為逐幀照片;使用mathematica8.0軟件讀取照片中彈簧上端下落時所處位置的橫坐標點;本研究讀取了以下九組截圖數據，數據如表2所示。

將以上數據利用所得的橫坐標點和下落的時間使用mathematica8.0軟件繪制出彈簧上端運動的速率圖像，得出彈簧上端下落的速率。

3.研究結論

由mathematica8.0軟件計算得出彈簧上端下落的速度為V=6.19m/s。從圖片不難看出彈簧上端做勻速運動。

二、研究結論

在排除其他干擾因素下，彈簧自由下落時彈簧上端做勻速運動。

參考文獻：

[1]張婷，徐建明，董建偉.一種具有重力補償的串聯彈性執行器接觸力控制方法[J].計算機測量與控制，2019（09）：90-94+104.

[2]展宗程.探究解決與彈簧相關的多運動過程——2018年高考全國Ⅰ卷第15題[J].物理教師，2019，40（09）：86-90.

作者簡介：錢其汀（1997-），男，浙江湖州人，電子科大大四學生。