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1、 本科毕业论文（设计）论文题目：关于胡克定律两种表述的探讨 学 号： 学生姓名： 指导教师： 所在学院： 所学专业： 2016年 5 月 20 日关于胡克定律两种表述的探讨摘 要随着社会的发展,在工农业生产和人们日常生活中胡克定律有着十分广泛的应用,R.胡克于1678年提出他的概念。在物理学发展中它不仅仅是材料力学以及固体力学的一种基础理论知识，还是符合材料力学和弹性力学研究的一种基本规律。胡克定律的基本概念可以表述为在材料的弹性区间里，固体材料发生的拉伸变形与它所受到的外力成正比；也可表述为在应力低于材料的比例极限的情况下，固体中的应力与应变是成正比的，即，式中E为常数，我们称作弹性模量（杨
2、氏模量）。如果我们把胡克定律应用到三向应力以及应变状态，就可以推导出广义胡克定律。胡克定律为弹性力学的发展大厦夯实了基础。为了能够支撑物理学的发展，就需要我们对于胡克定律有着更深层次的探讨。所以，对胡克定律有着更深刻的认识是我们当前所迫切需要的。胡克定律在力学中有着举足轻重的地位，它适用在所有的固体材料中。作为一个物理基础理论概念，我们可以把它表示为：在固体材料的弹性区间内，材料发生的形变跟引起它能够发生形变的外力成正比关系。我们在学习高中物理知识的时候，已经接触过了胡克定律的一种表述。它的表达式是F-kx或F=-kx，其中k是常数，是弹簧的劲度（倔强）系数。在此时它们的单位分别是：F的单位是
3、牛，x的单位是米，它表示形变量（弹性形变），k的单位是牛米。当弹簧伸长（或缩短）单位长度时它所具有的弹力此时在数值上与劲度系数相等。所以这条定律也叫做弹性定律。关键词：胡克定律；杨氏模量；微观机制；弹性形变AbstractAs we all know, Hookes law has a wide range of applications in industrial and agricultural production and daily life. It is a very important foundation of solid mechanics, such as mechanics
4、 of materials. Is one of the basic laws of mechanics of materials and elasticity. Named by R. Hooke in 1678. Hookes Law: in the linear elastic range of the material, the solid of uniaxial tensile deformation is proportional to the force by; also can be expressed as: in the stress below the limit of
5、proportionality, solid should stress strain and sigma epsilon proportional, namely sigma = epsilon epsilon, where e is a constant, said elastic modulus or youngs modulus. Generalized Hookes law can be obtained by applying Hookes law in three to the state of stress and strain. Hookes law laid the fou
6、ndation for the development of elastic mechanics. In order to support the development of physics, we need to have a deeper discussion of Hookes law. Therefore, the more profound understanding of Hookes law is the urgent need of our current.Hookes law is one of the basic laws of mechanics. The elasti
7、c law applicable to all solid materials, it is pointed out that: in the elastic limit, the deformation of the object is proportional to the external force of deformation.We are in high school physics study, contact with Hookes law. It is expressed as F = -kx or delta F=-k delta x, where k is a const
8、ant, the object stiffness coefficient (Jue Qiang). In the international system of units, F units are cattle, X units are rice, it is a form of variables (elastic deformation), K units are cow / m. The coefficient of stiffness is equal to the elastic force of the spring, or the length of the unit. So
9、 this law is called the law of elasticity. Keywords：Hookes law；Youngs modulus；microscopic mechanism；Elastic deformation目 录摘 要IAbstractII目 录III引 言1第1章、胡克定律的两种表述21.1、惯性秤实验21.2、用拉伸法测定金属杨氏模量6第2章、胡克定律两种表述的意义72.1、“惯性秤”实验中的胡克定律72.2、“弹性模量测定”实验中的胡克定律8结 论11参考文献13I引 言在古代，人们在日常生活中，比如建造房屋，制作马车中获得了大量有关材料强度方面的知识，而
10、且做了许多有关的实验。我们耳熟能详的意大利科学家达芬奇就做过这种实验。他首先把一只篮子用铁丝吊在空中，然后慢慢的将沙子倒在悬在空中的篮子，一直往篮子中添加沙子直到铁丝断裂的那一刻。这时候他测量了沙子的重量并记录下来；伽利略也做过和此类似的实验，只是他是在把重物放在悬梁臂，然后观察悬梁臂的弯曲程度。不过，第一个发现弹性力定律的，是英国物理学家胡克（1635-1703年）。胡克在研制天文仪器时，接触到了弹簧。在他接触到弹簧之后做了许多关于弹簧实验来了解它的物理性质。比如他把弹簧挂在空中，在弹簧的另一端增加重量，来观察弹簧的长度随着重量增加的变化。他在经过了反复的试验后，发现弹簧一端所加重量的大小和
11、弹簧的伸长长度成正比。胡克对于他的实验结论很兴奋。但是，要想知道弹簧的这种性质是不是对于所有的弹性体都是一样的，我们必须经过更多的实验来验证。胡克测量过钟表的金属游丝、生活中常用的金属线、干燥的木棒、甚至动物的毛发、门窗上的玻璃、脚下的土块。他得出了一个结论：“对于我们能够接触到的每一个能够在外力作用下拉长或者缩短的物体，它拉长或缩短的距离与它所受到的外力大小成正比例关系。”他在经过对于多种物体的弹性实验验证后于1678年发表了一篇名为弹簧的科学文章，展示了他对各种能够发生弹性形变的物体进行多次实验的结果。他的这一发现奠定了材料力学和弹性力学的基础。胡克的这种开创性工作和所取得的成果值得人们纪
12、念，为此我们把他的发现叫“胡克定律”。在物理学中，胡克定律是一个非常重要的定律。同时在物理力学中它是一条最基本的定律。它作为一种基本定律在许多研究中，比如材料力学或者固体力学研究范畴中起到了重要的作用。尤其在工农业生产和日常生活中有着广泛的应用，在磅秤制造中、应力的分析和材料性质模拟等方面也有更加全面的应用。胡克定律的基本概念可以表述为在材料的弹性区间里，固体材料发生的拉伸变形与它所受到的外力成正比；也可表述为在应力低于材料的比例极限的情况下，固体中的应力与应变是成正比的，即，式中E为常数，我们称作弹性模量（杨氏模量）。作为物理学的一种重要基本理论，在当今生产力发展中我们常常会运用到。在初中教
13、材我们已经接触过弹性定律。弹性定律的概念是：在弹簧的弹性区间内，弹簧受到的合外力f和弹簧发生的伸长或缩短距离x成正比关系，即f= -kx。k是弹簧的的劲度系数，它只和弹簧自身属性有关，负号在这里没有实际意义，只表明方向。本课题旨在对胡克定律的两种表述进行分别探讨。探讨胡克定律的两种不同表述形式其各自的物理意义，及其所表达材料的何种性质。为了能够支撑物理学的发展，就需要我们对于胡克定律有着更深层次的探讨。所以对胡克定律有着更深刻的认识是我们当前所迫切需要的。第1章、胡克定律的两种表述1.1、惯性秤实验为了知道一个物体的惯性质量大小，一般在实验室中我们采取惯性秤实验用以测量。在普通物理实验中惯性秤
14、实验是一项重要内容,它是根据牛顿第二定律的内容以及在当今物理学实验中趋于成熟的振动比较法。利用当研究材料发生振动时产生的加速度周期来确定研究材料的惯性质量,这种研究方法有着独特的意义。实验室中我们一般用物理天平和分析天平来测量物体质量，他们的原理都是基于引力平衡的理论，所以实验室中测出的结果都是引力质量。而在惯性秤实验中我们是为了更加深入的了解惯性质量的概念，为了和我们所测量的物体引力质量进行比较。在实验中我们采用了动态的测量方法来测量物体的惯性质量。实验目的：掌握和理解用惯性秤方法测定物体惯性质量。实验原理：利用牛顿第二定律，所以 如果我们把相同大小的力作用在不同的物体上，分别测量出他们的加
15、速度大小，然后物体的惯性质量就可以根据加速度来确定。我们利用惯性秤来测量物体惯性质量。惯性秤是由以下结构组成的，如下图所示。惯性秤中平台(12)和秤台(13)之间用两条材料构成相同的金属弹簧片(8)进行连接。平台由管制器(9)固定在支撑杆上，砝码和待测物(5)放在秤台上，可以注意到在秤台上有个一圆柱孔，该孔的作用是和砝码底座(包括小砝码和已知圆柱体)一起用来固定砝码组和待测物的位置。首先水平固定惯性秤，我们用手将秤台沿着水平方向向左或向右拨动一定的距离，在松开手后，可以观察到秤台及其上面的物体将在水平方向作周期性的振动。对秤台及上面物体进行受力分析我们发现此时只受到重力和秤臂的弹性恢复力作用，但因为秤臂此时是沿着水平方向做周期性振动的，而重力方向是竖直向下的，与秤臂运动方向相垂直，所以我们可以忽略不计。此时作用在秤台上的只有秤臂的弹性恢复力。在做这个实验时有个前提即我们认为秤台及待测物体具有很小的质量且秤台在作
