悬挂重物弹簧上端下落速度研究

摘 要：本文对悬挂重物弹簧上端下落速度进行了研究，利用了高速录像机，KMPlayer软件，mathematica8.0软件等先进设备记录并测绘弹簧上端在下落时的速度;得出了在排除其他干扰因素下，弹簧自由下落时弹簧上端做匀速运动的结论。

关键词：弹簧上端;速度;振动图像

本文作者基于胡克定律的探究过程，偶然对弹簧在悬挂重物的情况下，弹簧上端在自由下落的过程中是否呈匀速运动产生疑惑，进而对其进行研究。在研究过程中，作者运用大量的实验方法，采用精尖的设备，实现对数据的自动化采集和相关图像的绘制，使得实验结果更加精准。

软件运用与物理探究融合，使新知获得过程更具兴趣化，更具探索性，是自我学习的有效途径之一。而且，随着科技发展，科技电子设备、物理实验与获得新知相融合的现象越来越普及，本研究积极跟进。本文利用弹簧自由下落时弹簧中各处张力与重力是平衡的原理研究了弹簧自由下落时弹簧上端是否呈匀速运动。

一、研究过程

（一）弹簧不悬挂重物时

1.初始摆放图像如图1所示

2.测量的相关实验数据及绘制的图像

弹簧不悬挂重物时弹簧质量为201.39g，弹簧水平原長为5.72cm，弹簧竖直原长119cm。用高速录像机设置为每秒200帧的拍摄模式，拍摄弹簧不挂重物时，自由下落的视频;使用KMPlayer软件的捕获功能将视频转为逐帧照片;使用mathematica8.0软件读取照片中弹簧上端下落时所处位置的横坐标点;本研究读取了以下七组截图数据，数据如表1所示。

将以上数据利用所得的横坐标点和下落的时间使用mathematica8.0软件绘制出弹簧上端运动的速率图像，得出弹簧上端下落的速率。

3.研究结论

由mathematica8.0软件计算得出弹簧上端下落的速度为V=5.38m/s。从速率图不难看出弹簧上端做匀速运动。

（二）弹簧悬挂重物时

1.初始摆放图像如图3所示

2.测量的相关实验数据及绘制的图像

弹簧不悬挂重物时弹簧质量为201.39g，弹簧水平原长为5.72cm，弹簧竖直原长119cm，悬挂重物弹簧的竖直原长16913cm，悬挂重物的质量58.58g，悬挂重物弹簧的质量25997g。用高速录像机设置为每秒200帧的拍摄模式，拍摄弹簧悬挂重物时，自由下落的视频;使用KMPlayer软件的捕获功能将视频转为逐帧照片;使用mathematica8.0软件读取照片中弹簧上端下落时所处位置的横坐标点;本研究读取了以下九组截图数据，数据如表2所示。

将以上数据利用所得的横坐标点和下落的时间使用mathematica8.0软件绘制出弹簧上端运动的速率图像，得出弹簧上端下落的速率。

3.研究结论

由mathematica8.0软件计算得出弹簧上端下落的速度为V=6.19m/s。从图片不难看出弹簧上端做匀速运动。

二、研究结论

在排除其他干扰因素下，弹簧自由下落时弹簧上端做匀速运动。

参考文献：

[1]张婷，徐建明，董建伟.一种具有重力补偿的串联弹性执行器接触力控制方法[J].计算机测量与控制，2019（09）：90-94+104.

[2]展宗程.探究解决与弹簧相关的多运动过程——2018年高考全国Ⅰ卷第15题[J].物理教师，2019，40（09）：86-90.

作者简介：钱其汀（1997-），男，浙江湖州人，电子科大大四学生。