[弹性势能转化为动能]动能和弹性势能的转化
【器材】
弹簧振子(或者单摆、轻质弹簧2根、支架)。
【操作】
如图是一个弹簧振子,在一根光滑的水平细杆上穿有一个小球(振子),振子的两边由两根同样的轻弹簧拉着。平常,振子停止在平衡位置。用手把振子拉向平衡位置的一侧后放开,振子即在弹簧的弹力作用下振动起来。
从能量的转化来看,振子被拉向一侧,弹簧因形变(一根弹簧被拉长,另一根被压缩)而具有弹性势能。放手后,振子在弹簧弹力的作用下向平衡位置运动,速度越来越大,弹簧弹性势能越来越小,在此过程中,弹簧的弹性势能逐渐转化为振子的动能。至平衡位置时弹性势能最小,动能最大。由于惯性,振子继续运动,弹簧在相反方向发生形变,振子的动能又逐渐转化为弹簧的弹性势能,至最大位置时,动能全部转化为弹性势能。然后振子又在弹力的作用下向相反方向运动,重复上述过程,周而复始。
弹簧振子的振动过程,实际上是弹簧的弹性势能和振子的动能(弹簧的各部分也有动能,但较小)相互转化的过程。
在没有弹簧振子的情况下,可以按上图装置来进行实验。用长线(1米以上)悬起一个摆球,在摆球的两侧水平地拉起两根同样的轻弹簧(或橡皮筋)。当把摆球拉向一侧后放开,摆球便在弹簧的弹力作用下振动起来,由于摆球的悬线很长,摆球在不大的范围内可以看作是在同一水平线上运动,这样与弹簧振子的情况基本一致。
【注意事项】
振子的质量应能与弹簧的弹性相匹配,弹簧宜选用细钢丝绕制的螺旋直径较大的,振子的质量若过大则不易振动起来,过小则又衰减很快,可通过实验来选定。
【备注】
自制单摆式振子的悬挂可采用如下方法:剪一小块胶布,在中间部位锥一小洞,将一小段细铜丝对折后穿过小洞,并折成“Ω”形。再把胶布贴于球的表面,这样就做成一个小钩环,悬线和弹簧就分别系(或钩挂)于这些小钩环上。
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声波的动能和弹性势能