20 октября 2025 г. в 10А и 11А была проведена лабораторная работа «Измерение жесткости пружины» с использованием оборудования Центр «Точка роста».

Цель работы: Экспериментальное определение жесткости пружины с использованием различных методов.

Оборудование и материалы:

Пружина (различной жесткости)

Штатив с муфтой и лапкой

Набор грузов известной массы (100 г)

Линейка или измерительная лента

Динамометр (опционально)

Весы (для проверки массы грузов)

Калькулятор

Бумага для записи результатов

Повторили с учащимися теоретическое обоснование:

Жесткость пружины (k) – это физическая величина, характеризующая сопротивление пружины деформации. Она определяется как отношение силы, приложенной к пружине, к величине ее деформации (удлинения или сжатия). Математически это выражается законом Гука:

F = -kx, где:

F – сила, приложенная к пружине (Н)

k – жесткость пружины (Н/м)

x – деформация пружины (м)

Вспомнили, что знак "минус" указывает на то, что сила упругости, возникающая в пружине, направлена противоположно деформации.

В данной лабораторной работе мы использовали закон Гука для определения жесткости пружины, измеряя деформацию пружины под действием известных сил (веса грузов).

Методы измерения жесткости пружины:

В 10А классе использовался статический метод (метод последовательного нагружения): Этот метод основан на измерении удлинения пружины при последовательном добавлении грузов известной массы.

В 11А классе применили динамический метод (метод колебаний): (Опционально, требует дополнительного оборудования) Этот метод основан на измерении периода колебаний груза, подвешенного к пружине.

Ход работы:

I. Статический метод (метод последовательного нагружения):

Подготовка:

Закрепите пружину вертикально в штативе.

Измерьте начальную длину пружины (l₀) в ненагруженном состоянии. Запишите результат в таблицу.

Убедитесь, что грузы имеют известную массу. При необходимости, проверьте их массу на весах.

Проведение измерений:

Подвесьте к пружине первый груз известной массы (m₁).

Измерьте длину пружины (l₁) в нагруженном состоянии. Запишите результат в таблицу.

Добавьте второй груз (m₂) и снова измерьте длину пружины (l₂). Запишите результат в таблицу.

Повторите процедуру, добавляя грузы до тех пор, пока не будет выполнено не менее 5 измерений. Убедитесь, что пружина не деформируется пластически (не теряет упругие свойства).

Обработка результатов:

Для каждого измерения рассчитайте силу, действующую на пружину (F = mg, где g ≈ 9.81 м/с² - ускорение свободного падения).

Для каждого измерения рассчитайте деформацию пружины (x = l - l₀).

Постройте график зависимости силы (F) от деформации (x).

Определите жесткость пружины (k) как угловой коэффициент полученного графика.

Подготовка при динамическом методе:

• Закрепите пружину вертикально в штативе.
• Подвесьте к пружине груз известной массы (m).

Проведение измерений:

• Отклоните груз от положения равновесия на небольшое расстояние и отпустите.
• Измерьте время (t) нескольких полных колебаний (например, 10 колебаний).
• Рассчитайте период колебаний (T) как среднее время одного колебания: T = t / N, где N – количество колебаний.

Обработка результатов:

·         Рассчитайте жесткость пружины по формуле:

k = 4π²m / T²

где:

• π ≈ 3.14159
• m – масса груза (кг)
• T – период колебаний (с)

Учащиеся провели необходимые измерения и заполнили таблицу. С лабораторной работой справились все и получили высокие отметки. Эта лабораторная работа позволила старшеклассникам на практике изучить закон Гука, освоить методы измерения физических величин и развить навыки анализа экспериментальных данных.

Статью подготовила учитель физики Телюк Л. В.