实验五 橡皮筋的滞后现象研究

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1、实验五橡皮筋的滞后现象研究实验目的：（1）探究橡皮筋的滞后现象。（2）了解滞后现象发生的原理。仪器和用具：铁架台、橡皮筋、砝码、尺子。实验原理、内容及步骤：实验原理：橡皮筋的滞后特性对于著名的胡克定律,我们都很熟悉,其物理机理实际上就是表明弹簧受到的拉力与伸长量成线性关系,而橡皮筋或劣质弹簧在受到外力拉伸时,拉力与伸长量不是线性关系,下面用实验的方法来验证橡皮筋存在滞后特性。实验内容：取三根保存良好无破损的相同橡皮筋，无缠绕无扭曲地悬挂于铁架台的钩子上。依次增加砝码数量，并依次记录橡皮筋的长度Xi。增加8次砝码之后，再依次减少砝码的数量

2、，记录橡皮筋长度Xi’。将获得的数据绘制成图像。数据处理结果：橡皮筋长度和砝码数量的记录表砝码个数12345678Xi/cm6.36.67.07.47.88.28.89.6Xi’/cm6.46.77.17.57.98.49.09.6分析与思考：下方曲线为增加拉力对应的伸长量变化,上方曲线为减少拉力对应的伸长量.表明橡皮筋存在着明显的滞后特性,相同的拉力对应着2个伸长量.图中的2条曲线所包围的面积代表了在加减砝码这一周期中损失的能量,一般称为内耗ΔW,它在橡皮筋拉伸过程中,内部结构的相互摩擦错动而转化为热能散失在空气中.很多材料都存在着滞

3、后与微观不可逆性,橡皮筋内在拉伸过程中也产生了不可恢复的变化.从图1中还可看出,随着砝码的增加,单位伸长量在变化,当砝码加大到一定程度后,单位伸长量越来越小,伸长量趋于极限值,从能量角度来分析,代表的物理意义是橡皮筋伸长到一定长度时,伸长变化量逐渐变小,导致摩擦散热减小,单位内耗也随之减小.若讲橡皮筋换为弹簧，ΔX会更小，所以一般日常使用中难以察觉，但原理上考虑ΔX依然存在。为了消除滞后现象导致的误差，《拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量》的试验中，也同样记录了伸长时的长度和收缩时的长度，并取平均值。实验七用钢板尺测量激光的波长实验目的：（1

4、）利用光的波动性，用钢板尺，根据激光的相干性和反射光的干涉原理，经过分析，找出规律，测量出激光的波长。（2）了解实验原理，掌握测量的方法。实验仪器：小型半导体激光器一支，普通钢尺一把，卷尺一把，胶带纸若干，纸若干，垫高物等。实验原理：（1）激光作为一种光源,由于其单色性好、方向性强、色散少等特点在现代科学技术与工程实践中得到了广泛的应用。在实际测量中,一般都要预先知道所用激光源的波长。不同材料和发光机制的激光源具有不同的波长。因此如何测定激光的波长就具有十分重要的意义。本实验用最小分度值为1mm的钢尺,测出了半导体激光器的波长。而且看到

5、了反射角不等于入射角的"奇怪"现象。它说明,反射定律只有在一定的条件下才成立。若反射面上刻有许多很细且等间距的刻痕,就可使不同波长的光反射到不同的方向上去,这就是现代高科技中常用的光学元件—“光栅”的雏形,在传统的测量激光波长的实验中,就用到了这个分光器件。（2）钢尺测量激光波长的原理巧妙地利用了光的波动性质进行激光波长的测量,其原理如图1所示。让一束激光掠射(入射角不小于88°)到钢尺的一端,一部分光直射到光屏上,形成亮斑S′0,一部分反射到光屏形成亮斑S0。可观察到除了S′0,S0两个对称点外,在S0上面分布着一系列的亮斑S1,S2

6、,S3,S4,S5……,这是因为钢尺上有刻痕的地方对入射光不反射,而两个刻痕之间的部分(刻痕的间距是d=0.5mm,刻痕的宽度是0.01mm)使光束产生反射。由于刻痕的间距与激光的波长是可以比较的,光束反射的同时又发生衍射。当两束衍射光的相位相同时,则会互相叠加而加强,在光屏上形成亮斑;若相位相反时,则形成暗斑。如图2所示,从光源的某一点A发出而在相邻光滑面B,B′反射的光到达屏上P点时所经过的路程差Δ(称为光程差)为：ΔABP-AB′P=BD′DB′=d(cosα-cosβ)(1)　　当Δ恰好等于波长的整数倍时,则这些衍射光的相位就相

7、同,在P点叠加出现亮斑。而在Δ=0,即α=β处,形成的就是S0处所对应的亮斑。在S1,S2,S3,S4,S5……处,对应的Δ各为λ,2λ,3λ……。因此,由(1)式可知d(cosα-cosβ1)=λ(2)d(cosα-cosβ2)=2λ(3)d(cosα-cosβ3)=3λ(4)其中d=0.5mm是已知的。所以,只要测出以上式中的α,β1,β2,β3,……就可以计算出波长λ的值。实验中,使钢尺与光屏垂直,则tanβ=hL(5)由式（1）（2）（3）（4）（5）得：(6)其中,L是尺端到光屏的距离(2m左右),h是各亮斑到O的距离,而O位

8、于S’0点和S0点的中心。量出各亮斑到O点的距离,即可求得各β值。而对于亮斑S0的β就是α。因此只要测量出中央亮斑到O点的距离h以及激光的照射中心到墙面的距离L，即可测量处激光的波长。实验内容与步骤：（1）