第三章 第二节 重力测量仪器.

重力的测量方法
1.线摆测量法：线摆是最早用于测量重力的仪器之一、它基于物体的振动周期与重力加速度之间的关系。

通过测量物体振动的周期或频率，可以计算出重力加速度的数值。

2.落体自由下落测量法：这种方法使用一个自由下落的物体来测量重力。

物体在重力作用下自由下落的时间与重力加速度成正比。

通过测量物体下落的时间，可以计算出重力加速度的数值。

3. 质量测量法：质量也是重力的一个度量。

利用平衡仪器，可以测量物体与标准质量之间的重力差异。

质量与重力之间的关系式为F=mg，其中F是物体所受的重力，m是物体的质量，g是重力加速度。

通过测量不同质量物体所受的重力，可以计算出重力加速度的数值。

4.万有引力测量法：利用万有引力来测量重力。

牛顿的万有引力定律指出，两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。

通过测量两个物体之间的引力，可以推算出重力的数值。

5.重力测量仪器测量法：现代科学家使用重力仪器来测量重力。

最常见的是弹簧测力计和平衡仪。

弹簧测力计利用弹簧的伸缩程度来测量物体所受的重力。

平衡仪则利用一个悬臂平衡物体所受的重力。

这些仪器通过测量物体所受的力来计算重力加速度的数值。

尽管有多种方法可以测量重力，但目前最准确的测量方法是使用重力计。

重力计是一种精密的仪器，可以测量地球上不同地点的重力变化。

通过在地球上的不同地点使用重力计进行测量，科学家可以制作出一幅重力场的地图，以了解地球的物理特征。

重力测量的使用教程重力测量是一项用于测量地球表面重力场强度的技术。

它在地质学、地球物理学、勘探地质学等领域具有广泛应用。

本文将介绍重力测量的基本原理、仪器设备和数据处理方法，以及几个重要的实际应用案例。

一、基本原理重力测量基于牛顿万有引力定律，即两个物体之间的引力与它们的质量和距离成反比。

在地球表面上，由于地球的形状不规则以及地下地质构造的变化，重力场强度会有所差异。

通过测量这种差异，可以获取地球表面的重力场数据，进而研究地球内部的结构和物质分布。

二、仪器设备重力测量的仪器设备主要包括重力计和全球定位系统（GPS）。

1.重力计是测量重力场强度的主要工具。

重力计通常采用弹簧平衡或气浮平衡的原理。

它们的核心部分是一个质量块（或浮子），当受到重力作用时，质量块会发生位移，通过测量位移量可以计算出重力场强度。

2.GPS是用于确定测量点位置的工具。

重力测量需要在不同的地点进行，通过GPS可以准确获取每个测量点的经纬度和海拔高度，从而确保数据的准确性和可靠性。

三、数据处理重力测量所得的原始数据需要经过一系列的处理和分析才能得到有意义的结果。

1.场地观测：在进行重力测量之前，需要选择合适的观测点，以保证数据的可靠性。

观测点的选择需要考虑地貌变化、地下构造和人类活动等因素的影响。

2.数据记录：重力计通过电子记录仪或数据采集终端将观测到的重力场数据记录下来。

记录过程中需要注意排除外界干扰，如地震、风力等。

3.数据处理：将原始数据进行校正和平滑处理，消除仪器仪表误差和噪声。

常用的方法包括差值处理、滤波和趋势分析等。

4.数据解释：根据处理后的数据，可以制作重力场强度图和等值线图，进一步分析和解释地表和地下的重力异常特征。

常用的分析方法包括谱分析、曲线拟合和异常分区等。

四、实际应用1.矿产资源勘探：重力测量可以帮助寻找矿产资源的分布和储量。

不同类型的矿床对应着不同的重力异常特征，通过重力测量可以判断矿床的存在和规模。

2.地壳运动研究：地壳的隆升和下沉常常伴随着重力场的变化。

重力勘探重力异常：在重力勘探中，将由于地下岩石，矿物密度分布不均匀所引起的重力变化，或地质体与围岩密度差异引起的重力变化，成为重力异常。

引力位重力位关系：重力位等于引力位及离心力位之和，重力位处处连续而有限。

引起重力异常的原因地壳厚度的变化；结晶基岩内部成分、构造和基底顶面的起伏；沉积岩的成分和构造；金属矿及其它矿产的赋存；剩余密度：地质体密度与围岩密度的差称为地质体的剩余密度，即σ=σσ0，该地质体相对于围岩的剩余质量为σ第三章重力测量仪器绝对重力测定测量地球上特定点的绝对重力值，绝对重力测量测的是重力的全值。

原理：动力法，观测物体的运动状态（时间与路径），用以测量重力的全值。

相对重力测定测定地球上两点间的重力差值（即各点相对于其中一基准点的重力差）。

原理：静力法，观测物体的平衡状态，用以确定两点间的重力差值。

零点位置：选取平衡体的其中一平衡位置作为测量重力变化的起始位置。

影响重力仪精度因素：温度、气压、电磁力、安置状态不一致零点漂移：弹力重力仪中的弹性元件，在一个力（如重力）的长期作用下将会产生蠕变和弹性滞后（弹性疲劳）等现象，致使弹性元件随时间推移而产生极其微小的永久形变而导致仪器读数的零点值随时间而不断变化。

怎样克服零漂：制造仪器时，应选择适当材料和经过时效处理，尽量使零点漂移小并努力做到使它成为时间的线性函数。

零点读数法含义及意义（优点）：p37第四章重力测量重力测量分类（按空间位置）：地面重力测量、地下重力测量、海洋重力测量、航空重力测量、卫星重力测量重力测量分类（按地质任务）：区域重力调查、能源重力勘探、矿产重力勘探、水文及工程重力测量、天然地震重力测量等。

各自解决的地质问题见p53-p54、比例尺的确定：重力概查：1:100万，1:50万，用于区域构造和壳慢深部构造重力普查：1:20万，1:10万，用于能源普查和成矿远景区重力详查：1:5万，1:2、5万，盆地内或成矿区，基底构造，局部构造，岩体，小断裂等重力细测：1:1万以上，浅部小构造，小局部地质体测网的大小布设规律：1、在小比例尺测量中，没有严格要求，可以沿一些交通路线布置，并使测点均匀分布全区，在图上每平方厘米能有0。

知识点1、力的概念：力是物体对物体的作用。

2、力产生的条件：①必须有两个或两个以上的物体。

②物体间必须有相互作用。

【说明】①不接触的物体间也可产生力的作用，如磁力、重力等；②接触的物体间也不一定产生力的作用。

如竖直墙壁对静止在水平面的球不产生力的作用。

3、力的性质：物体间力的作用是相互的。

4、力的作用效果：（1）力可以改变物体的运动状态；（2）力可以使物体发生形变。

【说明】物体的运动状态改变是指：物体运动速度大小或运动方向改变。

5、力的单位：牛顿简称牛，用N表示。

拿两个鸡蛋所用的力大约1N。

6、力的测量工具：弹簧测力计（实验室测量力的工具）。

弹簧测力计的原理：在弹性限度内，弹簧的伸长与所受的拉力成正比。

★使用注意事项：观察：量程、最小刻度（分度值）；检查：指针是否指零；测量时拉力应沿着弹簧测力计的轴线方向拉挂钩，且弹簧不能与面板摩擦；读数时，应让视线与面板相垂直；测量的拉力不许超过它的最大量程。

【拓展】物理实验中，有些物理量的大小是不宜直接观察的，但它变化时引起其他物理量的变化却容易观察，、用容易观察的量显示不宜观察的量，是制作测量仪器的一种思路。

这种科学方法称做“转换法”。

利用这种方法制作的仪器有：温度计、弹簧测力计、压强计等。

【易错辨析】要注意弹簧长度和弹簧伸长的长度的区分，后者是弹簧长度的变化量，而与拉力大小成正比的是这个变化量。

7、力的三要素：力的大小、方向、和作用点。

它们都能影响力的作用效果，当其中一个要素改变时，力的作用效果往往会随之改变。

两个力的三要素都相同时，其作用效果也相同。

8、力的示意图：在受力物体上沿力的方向画一条线段，在线段的末端画一箭头表示力的方向。

【注意】①在同一图中，力越大，线段应越长；②应标出力的符号如（G、F拉、F支持等）及数值和单位；③一般情况下，我们用线段的起点表示力的作用点；④物体受到多个力作用在受力分析时，我们可视为力都作用在物体的重心上。

经典例题分析：一、选择题1．用手提水桶，手感到有向下的拉力，该力的施力物体是(B)A．手 B. 水桶 C. 水 D. 人2．下列图中能生动体现“物体间力的作用是相互的”这一规律的是(A)3．下列运动中，运动状态不变．．的是(D)A．物体做匀速圆周运动B．被扔出的手榴弹在空中运动C．小球从空中自由落下D．木块从斜面上匀速滑下4．下列能说明“物体间力的作用是相互的”现象的是(B)A. 用力推车，车由静止变为运动B. 船工用撑杆推岸，船随之离岸而去C. 用力拉弓，弓发生形变D. 成熟的苹果从树上落下来5．下列事例中，物体运动状态发生改变的是(D)A．人坐沙发，沙发凹陷B．降落伞匀速直线下降C．用力拉弹簧，弹簧变长D．正在进站的火车6．力的作用是相互的，下列现象中没有．．体现这一原理的是(D)A．手拍桌子，手感到疼B．人向前跑步时，要向后下方蹬地C．火箭起飞时，要向下方喷气D．头球攻门时，要向球门方向用力顶球7．两只鸡蛋相碰，往往只碰破一只，有关碰撞时相互间力的作用说法正确的是(A)A．两只鸡蛋受力一样大B．破的那只鸡蛋受力大C．未破的那只鸡蛋受力大D．两只鸡蛋受力的大小无法比较【解】两只鸡蛋相碰，甲蛋对乙蛋有一个作用力，乙蛋反过来给甲蛋一个反作用力，作用力和反作用力大小是一样的。

重力测量的方法
重力测量的方法有多种，下面列举了一些常见的方法。

1. 重力仪：重力仪是一种测量地球重力的仪器。

最常见的重力仪是弹簧测力计式重力仪，它利用质量在重力作用下的变化来测量重力加速度。

重力仪可以用于测量地表重力值的变化，以及地下构造、地下水等因素对重力的影响。

2. 多边形法：多边形法是一种相对较简单的重力测量方法。

它基于在一组已知测点上测量重力值，并通过连线和计算来确定未知点处的重力值。

多边形法适用于较小区域的重力测量。

3. 大地水准法：大地水准法是一种通过测量地球表面的高度差来推算重力值的方法。

通过在一组已知高程点上测量重力值，并测量到目标点的高程差，可以使用大地水准法计算目标点的重力值。

4. 全球导航卫星系统（GNSS）重力测量：利用GNSS技术，可以测量出地面上某一点的高程差和经纬度差，从而计算出该点的重力值。

这种方法常用于测量地表的垂直变形和地震引起的地壳运动。

5. 重力梯度测量：重力梯度是重力场在地表上的空间变化率。

通过测量重力梯度的方法，可以获得地下构造信息和地下物体的重力特征。

重力梯度测量常用于油气勘探和地质调查。

这些方法各有优缺点，根据测量的需求和条件的不同，可以选择适合的方法进行重力测量。

重力仪工作原理重力仪是一种用于测量物体重力加速度的仪器，其工作原理基于新ton力学中的万有引力定律。

根据该定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

重力仪通常包含一个质量较大的导球和一个悬挂在导球上的测试质量。

在静止状态下，测试质量受到导球的引力作用，使其处于平衡位置。

当重力仪处于运动状态时，例如在地球表面上移动，导球和测试质量都会受到地球的引力作用。

然而，由于导球的质量远远大于测试质量，地球对导球的引力相对较大，使得导球的运动较小，可以忽略不计。

因此，重力仪的运动可以近似地看作是测试质量在地球引力下的运动。

根据牛顿力学的运动定律，测试质量在地球引力下的运动可以描述为一个简谐振动。

具体地，当重力仪在地球表面上垂直运动时，测试质量受到地球引力和弹簧力的合力作用。

地球引力向下，弹簧力向上，力的合力与测试质量的受力方向相反。

根据胡克定律，弹簧力与测试质量的位移之间存在线性关系。

因此，重力仪的运动可以通过测量测试质量的位移来确定。

一般来说，重力仪中的测试质量会悬挂在一个细长的弹簧上，弹簧的一端固定在导球上。

当测试质量受到地球引力和弹簧力的合力时，它会产生位移，引起弹簧的伸缩。

通过测量弹簧的伸缩量，可以确定测试质量的位移，从而计算出地球引力对测试质量的加速度。

在实际的重力仪中，通常会采用一种被称为负反馈的控制系统来保持测试质量在平衡位置。

即使在外部干扰力的作用下，控制系统也会对测试质量施加与干扰力相反的力，将测试质量重新带回平衡位置。

总之，重力仪的工作原理是基于万有引力定律和简谐振动理论。

通过测量测试质量的位移，可以确定物体在地球引力下的加速度。

自然科学实验中的重力测量指南引言：自然科学实验中的重力测量是一项重要的技术，它在地质学、物理学、天文学等领域中都扮演着重要的角色。

准确测量重力可以帮助科学家了解地球内部结构、地壳运动以及天体运动等重要信息。

本文将介绍一些重力测量的基本原理和方法，希望能为科学家们提供一些指导。

一、重力测量的基本原理重力是地球或其他天体吸引物体的力量，它是由物体质量和距离的平方决定的。

重力的测量是通过测量物体受到的加速度来实现的。

在地球表面，物体受到的加速度称为重力加速度，通常用g表示。

重力加速度在不同地点可能会有微小的差异，这是由于地球形状不规则以及地下物质分布不均匀等因素引起的。

二、重力测量的仪器和方法1. 弹簧测力计弹簧测力计是一种常用的重力测量仪器。

它利用弹簧的弹性变形来测量物体受到的力量。

通过将物体悬挂在弹簧上，当物体受到重力作用时，弹簧会发生弹性变形，根据变形程度可以推算出物体所受的重力大小。

弹簧测力计的精度较高，适用于小范围内的重力测量。

2. 重力仪重力仪是一种专门用于重力测量的仪器。

它利用质量均匀分布的摆锤来测量重力。

重力仪的工作原理是通过调整摆锤的长度和重力中心位置，使得摆锤在水平方向上保持平衡。

通过测量摆锤的位置变化，可以计算出重力的大小。

重力仪的精度较高，适用于大范围内的重力测量。

3. 重力梯度测量重力梯度测量是一种相对较新的重力测量方法。

它利用多个重力测量点之间的重力差异来计算出重力梯度。

重力梯度是指单位距离内重力的变化率。

通过测量重力梯度，可以更加精确地了解地下物质的分布情况。

重力梯度测量在地质勘探、矿产资源评估等领域有着广泛的应用。

三、重力测量的误差和校正在重力测量中，由于各种因素的影响，可能会产生一些误差。

例如，地球自转引起的离心力、地壳运动引起的重力变化等。

为了减小这些误差，科学家们通常会进行校正。

校正的方法包括使用全球重力模型进行数据处理、进行实地观测等。

通过合理的校正方法，可以提高重力测量的准确性。