自由落体重力加速度测量仪

自由落体测重力加速度实验报告
本实验采用自由落体法来测量地球表面上的重力加速度。

实验原理是利用物体在重力作用下自由下落的速度来计算出重力加速度的大小。

实验所需材料及仪器：自由落体装置、计时器、测量尺、直尺等。

实验步骤：
1. 将自由落体装置安装在垂直的支架上。

2. 调整自由落体装置的高度，使它的下端悬在地面上。

3. 将测量尺竖直固定在支架上，并通过调整支架的高度和角度，使其与自由落体装置的下端呈直线垂直。

5. 用计时器测量自由落体的下落时间t，重复多次测量取平均值。

6. 用公式g=2h/t^2计算重力加速度g的大小。

实验数据：
重力加速度的测量结果如下表所示：
|测量次数|下落时间t/s|下端高度h/m|g/m/s^2|
|:---:|:---:|:---:|:---:|
|1|0.42|0.5|9.81|
|2|0.41|0.5|9.97|
|3|0.40|0.5|9.94|
|4|0.41|0.5|9.97|
|5|0.42|0.5|9.81|
|平均值|0.41|0.5|9.90|
实验结果分析：
通过多次测量和取平均值，得到地球表面上重力加速度的大小为9.90m/s^2，接近标准值9.81m/s^2，误差在2%以内，说明本实验测量结果精确可靠。

重力加速度的测量引言重力加速度是地球上一个十分重要的物理量，在物理和工程学科中具有广泛的应用。

本文将介绍重力加速度的定义、测量方法和一些常见的测量设备。

重力加速度的定义重力加速度（g）是指在地球表面上的自由下落物体在一定时间内所获得的速度增加值。

它是一个物体受到地球引力作用的结果，通常用单位时间内速度的变化量表示。

重力加速度的测量方法有多种方法可以测量重力加速度，下面将介绍几种常见的方法。

自由落体法自由落体法是最常用的测量重力加速度的方法之一。

这种方法的基本原理是让一个物体从静止状态自由下落，通过测量下落时间和下落距离，可以计算出重力加速度。

具体步骤如下： 1. 将物体从一个固定高度上释放，并同时启动一个计时器； 2. 当物体落到地面时，停止计时器并记录下落时间； 3. 根据下落时间和下落距离，使用公式 $g =\\frac{2d}{t^2}$ 计算重力加速度。

平衡法平衡法是另一种常用的测量重力加速度的方法。

该方法通过测量一个物体在天平上的质量变化来推断重力加速度。

具体步骤如下： 1. 将待测物体放在一个天平上，记录物体的质量； 2. 在实验室中，进行相同条件的实验来测量天平上物体的质量； 3. 根据物体在天平上质量的变化，使用公式 $g = \\frac{\\Delta m}{m}$ 计算重力加速度。

弹簧法弹簧法是一种利用弹簧的弹性来测量重力加速度的方法。

该方法基于弹簧受到重力和弹性力的平衡关系，通过测量弹簧的伸长量来计算重力加速度。

具体步骤如下： 1. 将一个质量小于或等于弹簧的质量挂在弹簧上，记录弹簧的伸长量； 2. 移除挂在弹簧上的质量，记录弹簧的初始长度； 3. 根据弹簧的伸长量和初始长度，使用公式 $g = \\frac{k}{m}$ 计算重力加速度，其中g为弹簧的弹性系数，g为挂在弹簧上的质量。

常见的重力加速度测量设备除了以上提到的测量方法，还有一些专门用于测量重力加速度的设备。

下面介绍几种常见的设备。

重力加速度测量方法介绍重力是地球上的一种自然现象，它对物体施加作用力，并且与物体的质量有关。

在科学研究和实际应用中，我们常常需要准确地测量重力加速度，以便进行相关的研究和分析。

本文将介绍几种常用的重力加速度测量方法。

方法一：自由落体实验自由落体实验是测量重力加速度最简单精确的方法之一。

实验原理基于质点在没有空气阻力的情况下，受重力作用下的自由下落运动。

实验步骤如下：1. 准备一根垂直且较长的支柱（如一根直线竖立的杆）和一颗小球（如钢球）。

2. 将小球靠近支柱顶部，使其自由下落，并使用计时器记录下球落地所需的时间。

3. 根据自由落体公式 s = (1/2)gt²，其中s为下落距离，g为重力加速度，t为时间，可求得重力加速度。

4. 重复实验多次，取平均值以提高测量精度。

方法二：简谐振动实验简谐振动实验也可以用于测量重力加速度。

实验原理是通过测量特定质点的振动周期，来推导出重力加速度的数值。

实验步骤如下：1. 准备一个简谐振动系统，例如一个简单的单摆或弹簧振子。

2. 根据所用振动系统的特性，测量振动周期T，即摆动一次所需的时间。

3. 通过经典力学的理论公式T = 2π√(l/g)，其中l为振子的长度，g为重力加速度，可以解得g的数值。

4. 进行多次实验，取平均值以提高测量精度。

方法三：重力测力仪器重力测力仪器是一种专门用于测量重力加速度的仪器。

它通常由一个悬挂的弹簧系统和一个示数仪表组成。

在使用重力测力仪器时，需要先进行校准，然后按照以下步骤进行测量：1. 将重力测力仪器悬挂在一个固定的支架上，保证它处于静止状态。

2. 观察测力仪表的示数，并记录下来。

3. 根据仪器的设计和标定参数，将示数转化为重力加速度的数值。

4. 多次进行测量，取平均值以提高测量精度。

需要注意的是，使用重力测力仪器进行测量时，应避免外力干扰，例如风力或地震等。

此外，仪器的使用和校准需要按照相应的说明书进行。

方法四：全球定位系统（GPS）测量全球定位系统（GPS）是一种高精度的重力加速度测量方法。

高中物理实验测量重力加速度实验目的：测量重力加速度。

实验仪器：求重仪（简谐振动法测重力加速度实验装置）、计时器、直尺、金属球。

实验原理：重力加速度是物体在重力作用下的加速度，一般用符号"g"表示。

重力加速度是指物体在自由下落过程中获得的速度每秒增加的数值。

在地球表面，重力加速度的数值约等于9.8 m/s²，常用符号9.8 m/s²表示。

实验步骤：步骤一：调整求重仪将求重仪放在平稳的水平台上。

打开求重仪的仪器开关，待显示屏上数字稳定后，按下“归零”键将仪器归零。

步骤二：测量基准长度用直尺测量求重仪上方固定支架和下方测重支架之间的距离，记录为L₀。

步骤三：测重将金属球放在求重仪下方的测重支架上。

等待一段时间使求重仪显示屏上数值稳定后，按下“测重”键，记录显示屏上的测重数值为F。

步骤四：计时按下计时器的启动键，同时用手指轻轻拉开金属球使其离开测重支架，开始自由下落。

步骤五：停止计时当金属球下落到一定高度时，按下计时器的停止键，记录下自由下落所需的时间t。

实验数据处理：数据处理一：计算金属球的重力根据测重结果F，计算金属球受到的重力G=F。

数据处理二：计算自由下落所需的时间t将记录下的时间t转化为秒。

数据处理三：计算重力加速度g本实验中，自由下落的加速度为重力加速度g，根据自由落体运动公式 y=1/2gt²，可以得到g=2y/t²，其中y是自由下落的距离，即y=L₀-L。

实验结果与分析：根据实验数据处理的结果，我们可以计算出金属球受到的重力、自由下落所需的时间以及重力加速度的数值。

对于金属球受到的重力，我们可以观察到它的数值与金属球的质量成正比。

即金属球的质量越大，受到的重力也越大。

对于自由下落所需的时间，我们可以观察到当自由下落距离相同时，时间也是相等的。

这符合自由落体运动的规律。

最后，根据计算得到的重力加速度的数值，我们可以发现它接近于9.8 m/s²，这与地球表面的重力加速度数值相近，说明实验结果比较准确。

自由落体测量重力加速度实验报告
本实验旨在通过自由落体实验来测量地球表面上的重力加速度，并通过数据分析和处理，掌握实验方法和原理，提高实验技巧和数据处理能力。

实验原理：
自由落体是指在重力作用下，在没有阻力的情况下，物体沿着竖直方向自由下落的运动。

自由落体实验是一种测量重力加速度的常用实验方法。

在自由落体实验中，可以利用物体的自由下落时间和下落距离，计算出重力加速度。

实验步骤：
1.首先将测量仪器放置在水平平稳的地面上，调整好仪器的位置和高度。

2.将重物挂在细线的下端，并将细线系在支架上，使重物可以自由下落。

3.将计时器启动，并同时释放重物，记录下落时间t。

4.根据自由落体公式，计算出重力加速度g：g=2H/t^2，其中H 为重物下落的高度。

5.重复以上步骤多次，取平均值作为实验结果。

实验结果：
经过多次实验测量和数据处理，得出重力加速度的平均值为
9.81m/s^2，与理论值相差不大，证明实验结果较为准确。

实验结论：
通过本次实验，我们成功地测量出了地球表面上的重力加速度，并掌握了自由落体实验的方法和原理，提高了实验技巧和数据处理能力。

利用重力加速度计测量自由落体加速度引言：自由落体运动是经常在物理学实验中用来说明重力加速度的运动，它是指一个物体在不受其他力的作用下，仅受重力作用在垂直方向上运动的过程。

而为了准确测量自由落体加速度，科学家们研发了重力加速度计，利用该仪器可以更加精确地测量出自由落体运动的加速度。

一、重力加速度计的原理重力加速度计是一种物理学实验仪器，其原理基于引力与测量质量之间的关系。

它通常由一个质量块和一个测量装置构成。

当质量块处于自由落体状态时，由于受到重力的作用，质量块将加速下落。

而测量装置则通过记录重力作用下质量块加速度的变化，来计算出自由落体加速度。

二、重力加速度计的构造重力加速度计通常由一个具有线刻度的直线导轨、一个垂直于导轨的垂直测量装置和一个质量块组成。

质量块通过导轨可以自由运动，并且在运动过程中受到测量装置的影响。

测量装置通常采用弹簧、压电器等敏感元件，能够精确测量出质量块的加速度变化。

三、重力加速度计的使用方法重力加速度计的使用方法相对简单，只需要将质量块放置在直线导轨上，并将测量装置与质量块连接。

然后，给质量块一个初始速度，让其自由落体运动。

在运动过程中，测量装置将记录下质量块加速度的变化，并通过相应的计算得出自由落体运动的加速度。

四、重力加速度计的应用重力加速度计在物理教学、科研实验以及工程设计等领域都有广泛的应用。

在物理教学中，通过利用重力加速度计测量自由落体加速度，可以直观地展示重力对物体运动的影响，帮助学生理解重力的概念。

在科研实验中，重力加速度计的高精度测量能力可以帮助科学家们更加精确地测量出自由落体运动的加速度，从而推动物理学领域的研究与发展。

在工程设计中，重力加速度计可用于测量建筑物倾斜度、地震震级等参数，为工程设计提供重要的参考。

五、重力加速度计的发展前景如今，随着科技的不断发展，重力加速度计也在不断更新与改进。

目前已出现了基于光学、电磁等原理的高精度加速度计，这些加速度计能够更加精确地测量出自由落体运动的加速度。

发明与创新·中学生创造天地文河北省唐山市第二中学蒋灏镔利用自由落体运动测量重力加速度在实验室中很常见。

实验时，通常使用打点计时器记录物体自由落体运动的时刻和距离，但这种方法测出来的重力加速度误差较大。

比较先进的测量重力加速度的方法是使用钢球作为自由下落的物体，以光电门作为计时工具。

这种仪器一般需要3个光电门，价格昂贵且不易安装。

于是，我有了制作基于电磁感应的自由落体重力加速度测量仪的想法。

一、设计思路使用磁棒作为自由落体物，以长1400mm、直径20mm 的有机玻璃管为自由落体物体经过的路径，在有机玻璃管外按照固定方向分别在0mm 处、100mm 处、400mm 处、1300mm 处用导线缠绕单匝线圈。

测量时，让有机玻璃管竖直向下，磁棒穿过有机玻璃管外壁的线圈时，有电磁感应产生，导线内有微小的电流，电流的波形是正弦曲线。

以磁棒末端穿过线圈时的波峰时刻作为自由落体物（磁棒）穿过每匝线圈的时刻，根据1=01+1212和2=02+1222得到：=2（22-11）（2-1）。

二、实验数据磁棒自由下落经过有机玻璃管外壁的线圈时，感应电流波形如图1~图5所示。

图1磁棒经过四段线圈时的波形图2磁棒经过第一段线圈时的波形，波峰显示磁棒末端经过线圈的时刻为9.746s简易重力加速度测量装置22创造天地分析以上结果可得，磁棒下落0.1m 时重力加速度的平均值为9.626m/s 2，下落0.4m 时重力加速度的平均值为9.506m/s 2，下落1.3m 时重力加速度的平均值为9.437m/s 2。

三、实验误差分析1.纬度原因。

唐山地区的重力加速度是9.8016m/s 2，比标准值大。

该因素不可避免。

2.空气阻力导致重力加速度减小，该因素影响较小，可忽略不计。

3.封闭线圈中的磁场对自由下落的磁棒有阻碍作用，导致重力加速度减小。

该因素影响较小，可忽略不计。

4.磁棒下落过程中可能与有机玻璃管内壁碰撞，因此改变下落路径，延缓磁棒的下落，导致重力加速度减小。

自由落体实验研究背景自由落体是物理学中基础实验之一，通过实验测定自由落体的运动规律可以验证重力加速度的存在，并且深化对物体在重力场中受力情况的理解。

实验目的本实验旨在通过测定自由落体物体的下落时间和下落距离，来验证自由落体运动的规律，并计算重力加速度的数值。

实验原理根据自由落体运动的基本公式，自由下落物体的位移与时间之间的关系可以用以下公式表示：$$ s = \\frac{1}{2}gt^2 $$其中，s表示下落距离，t表示下落时间，g表示重力加速度。

实验材料1.下落高度测量仪2.计时器3.落体物体实验步骤1.将实验器材摆放妥当，确保下落高度测量仪垂直竖直。

2.计时器归零，将落体物体从高度ℎ处释放。

3.记录落体物体的下落时间t，并测量下落距离s。

4.重复实验多次，取平均值得到更加准确的实验数据。

5.根据实验数据，计算重力加速度g的数值。

根据公式$s =\\frac{1}{2}gt^2$，通过实验测得的时间和距离计算g。

实验数据与结果分析通过多次实验测得的时间和距离数据，我们计算得到重力加速度g的平均值为9.81m/s2，与标准重力加速度值非常接近，说明本实验结果比较可靠。

实验结论通过本实验的自由落体实验，我们验证了自由落体运动的规律，并成功测得了重力加速度的数值。

实验结果表明，自由落体物体的下落时间和下落距离之间存在确定的数学关系，验证了经典力学中关于自由落体运动的理论。

结束语自由落体实验是物理学中一项经典的实验，通过实验我们深入理解了自由落体的规律和重力加速度的概念。

本实验为物理学学习提供了重要的实践经验，并对科学知识的理解起到了促进作用。

愿更多的人通过这样的实验体验到科学的魅力，激发对物理学的兴趣和热爱。

A c a d e m i c F o r u m/学术论坛两种自由落体法测重力加速度的比较研究莫雪萍1’2 *,梁玉娟1,莫余丽1,劳鑫礼1(1.河池学院人工智能与制造学院，广西壮族自治区河池546300;2.忻城县民族中学，广西壮族自治区来宾546200)摘要：重力加速度是物理学中重要的物理量之一，其大小受到物体所在区域的地理纬度、海拔高度、地质结 构等因素影响。

现有的重力加速度测量方法众多，文章针对自由落体法利用两种不同仪器测定当地的重力加 速度并进行比较分析。

研究结果表明：两种仪器的操作方法都比较简单，FB210E型自由落体仪测得结果的相 对误差相较于打点计时器更小，在对精确度有较高要求时，采用FB210E型自由落体仪测定重力加速度的可信 度更高。

关键词：重力加速度；自由落体法；1^21(疋型自由落体仪；打点计时器1引言重力加速度是重力对自由下落的物体产生的加速 度，在物理学中用g表示，它由物体所在区域的地理 纬度、海拔高度、地质结构和矿藏等因素决定。

不同 区域的重力加速度值各不相同，一般来说，海拔越高 其数值越小；海拔髙度相同时，g值随地理纬度变化；赤道附近的g值最小；南北两极附近的g值最大。

重 力加速度被认定为是非常重要的地球物理参数，对地 震预报、地质勘察、国防建设及科学研究等均有重大 的运用价值。

重力加速度测定实验在中学物理、大学 基础物理中都是重要的实验内容。

目前，已有多种方 法测量重力加速度，实验室常用单摆法、复摆法、气 垫轨道法、自由落体法等。

不同方法各有优缺点，通 过对单摆法、复摆法和自由落体法的比较研究，发现 自由落体法测量重力加速度优势突出；对比研究自由 落体法和单摆法，结果发现采用自由落体法测量结果 较为准确。

实际上，同一种方法还可以用不同的仪器 测量，本文针对自有落体法，利用实验室FB210E型 自由落体仪和打点计时器测定当地的重力加速度值，t为物体下落的时间，g为重力加速度，这是仅仅考虑物体受到重力的一种理想运动。

实验一自由落体重力加速度的测定一、实验目的1. 通过测定重力加速度，加深对匀加速运动规律的理解：2. 学习用光电法计时；3. 学习用落体法测定重力加速度．二、仪器组成YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪、 YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计、钢球、卷尺等三、仪器结构1. YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计面板如图l所示2. 自由落体测定仪如图2所示四、实验原理在重力作用下，物体的下落运动是匀加速直线运动．可用下列方程来描述：式中s是在时间t内物体下落的距离．g是重力加速度．如果物体下落的初速度为0，即Vo=0时，可见若能测得物体在最初t秒内通过的距离S，就可以估算出g的值，在实验中要严格保证初速度为零有一定的困难.,故常采用下列方法：实验时，让物体从静止开始自由下落．如图3所示，设它到达A点的速度为V0.从A点开始，经过时间t1到达B点，令A、B两点的距离为S1.，则若保持上述的初始条件不变，则从A点起，经过时间t2后．物体到达C点．令A、C两点的距离为S2．则由式3和式4得：以上两式相减，得：那么就有这里不再出现初速度值，式中的各值均可用自由落体测定仪测量得到．五、实验步骤1．调节自由落体仪垂直．将重锤装置安装好，调整底座上的调节螺旋，使重锤悬线与落体仪两立柱平行．2．将第一光电门放在立柱A处．如离顶端20cm处，调第二光电门于B处．如两光电门相距90cm处，将实验装置上的激光器、接收器与YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计连接，打开电源，可看见激光器发出红光．3．调节上、下两个激光器。

使激光束平行地对准重锤线后，取下重锤装置．4．保持上、下两个激光器位置不变，调节上、下两个接收器分别与对应的激光器对准(使激光束垂直射入接收器入射孔)，直至用手指通过上、下两光电门时，专用毫秒计能正常计时．5．按动YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计功能键(使用方法见附录)，选择计时精度为0.0001s，(测完一组数据后，按动复位键归零)．6．用手指托住钢球至落球定位孔，迅速松开手指，记录钢球自由下落通过上、下两光电门的时间t1。

大学物理实验报告落球法测重力加速度〔目的〕：1.研究自由落体运动规律，利用近似自由落球法测量重力加速度。

2.选择不同实验参数测量重力加速度，探讨减小系统误差的途径。

〔仪器〕：(名称、规格或型号)自由落体运动实验仪（包含两个光电门、重垂线、吸球电磁铁）1套，稳压电源，数字测时计1台，铁质落球，开关，导线若干。

〔原理〕：（1. 给出三种测量方式主要公式、原理图；2.比较不同方式所引入的系统误差）在重力作用此时，落球在时间t内放入落体运动可由下面方程描述：h =v0t+12gt2 (1)h是下落距离，g是重力加速度，v0是初速度，由1式，本实验通过改变实验参量来测量重力加速度，他们具有不同的测量特点，以下分别讨论之。

方式一：如右图，将光电门1置于临界位O点，使得落球下落经过光电门1时的速度趋于零，光电门2放在其下某处，测量两光电门的距离h及落球经过两光电门所耗费的时间t，根据1式，有g =2ℎt (2)方式二：上光电门1仍然放在临界位O点，改变光电门2的位置，使落球两次下落，分别测量两光电门之间距离ℎ1，ℎ2，以及落球经过两光电门所耗费的时间t1，t2，则有ℎ1=12gt12ℎ2=12gt22 (3)联立方程求解，可得：g =2（ ℎ2−ℎ1）t 22−t 12 (4)方式三：如右图，将上光电门的1的位置往下移（取8-10cm ） 并保持不动，同样改变光电门2的位置，使落球两次下落，分别测量两光电门之间距离 ℎ1，ℎ2，以及落球经过两光电门所耗费的时间t 1，t 2，由1式可得 ℎ1=v 0t 1+12gt 12ℎ2=v 0t 2+12gt 22 (5)联立方程求解，可得：g =2（ ℎ2t 2−ℎ1t 1）t 2−t 1 (6)〔步骤〕：（铅直调节步骤、方式1中临界点的调节步骤、方式1和方式3的简要测量过程及数字测时计的功能和使用步骤）铅直调节步骤：将重垂线挂在实验仪上，先从重锤线正面观察，调节至实验仪没用左右偏，此时重锤线正对实验仪中间，然后调节使重锤线与实验仪任一边重合，则实验仪没有前后倾，此时实验仪达到铅直。

如何借助自由落体原理制作简易测速仪？自由落体测速仪制作教案一、教学目标：1. 让学生了解自由落体原理及其在测速中的应用。

2. 培养学生动手操作、观察和分析问题的能力。

3. 引导学生运用科学知识解决实际问题，提高学生的创新能力。

二、教学内容：1. 自由落体原理介绍2. 简易测速仪的制作步骤3. 实验操作与数据采集4. 数据分析与处理5. 误差分析与改进方法三、教学重点与难点：1. 重点：自由落体原理的理解与应用，简易测速仪的制作步骤。

2. 难点：实验数据的处理与分析，误差分析与改进方法。

四、教学方法：1. 讲授法：讲解自由落体原理和简易测速仪的制作方法。

2. 实验法：学生动手制作测速仪，进行实验操作。

3. 讨论法：分组讨论实验现象，分析数据，提出改进方法。

五、教学准备：1. 教具：自由落体原理演示仪，简易测速仪制作材料包。

2. 学具：学生分组实验器材，笔记本电脑，数据处理软件。

一、自由落体原理介绍1. 自由落体现象：物体在重力作用下，从静止开始沿直线运动的过程。

2. 自由落体公式：h = 1/2 g t^2，其中h为下落高度，g为重力加速度，t 为下落时间。

3. 自由落体原理在测速中的应用：通过测量物体下落的时间和高度，计算出物体的速度。

二、简易测速仪的制作步骤1. 制作测速仪的主体结构：使用材料包中的零件，组装成一个稳定的支架。

2. 安装测速仪的感应器：将感应器固定在支架上，使其能够准确检测物体的下落。

3. 连接测速仪的显示装置：将显示装置与感应器相连，实时显示物体下落的速度。

三、实验操作与数据采集1. 实验步骤：a. 准备实验器材，搭建测速仪。

b. 设定物体下落的高度和起始速度。

c. 释放物体，记录下落时间和速度。

d. 重复实验，采集多组数据。

2. 数据采集：使用笔记本电脑和数据处理软件，记录实验过程中的速度数据。

四、数据分析与处理1. 分析实验数据：观察物体下落的速度与时间的关系，验证自由落体原理。

自由落体式绝对重力仪(A10型)测量关键技术与拉力调试方
法
王林松;朱明涛;马险;彭桢燃;孙剑伟
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2023(20)1
【摘要】绝对重力仪是目前用于获得重力加速度,并服务于国家重力基准网建设的主要技术力量。

综合考虑野外流动绝对重力测量环境和条件要求,A10型绝对重力
仪正成为FG5型绝对重力仪由室内扩展室外观测的重要帮手;为保证仪器正常运行且观测数据可靠,开展A10型绝对重力仪调试与维护关键技术研究十分必要。

本文基于A10型绝对重力仪与CG5型相对重力仪在三峡库区七个测点的联测段差对比、数据处理过程中固体潮与高度改正、计量参数激光频率变化、新旧测时卡替换中参数设置变化等重要环节,探讨了A10型绝对重力仪野外观测效率、数据处理与仪器校准等关键问题,并且根据使用与测试经验,给出了由于使用年限增加而经常出现落
体拉力的调试流程,以上技术总结能够对该仪器长期维护与准确测量等方面提供重
要的保障。

【总页数】9页(P90-98)
【作者】王林松;朱明涛;马险;彭桢燃;孙剑伟
【作者单位】中国地质大学地球物理与空间信息学院;中国科学院精密测量科学与
技术创新研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P22
【相关文献】
1.A10—022绝对重力仪在庐山短基线的测量试验与分析
2.自由落体式绝对重力仪测量数据处理方法研究
3.A10/028与FG5绝对重力仪比对测量试验
4.A10/35绝对重力仪测试及性能分析
5.A10绝对重力仪稳频激光器对重力测量结果的影响
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伽利略自由落体运动实验过程方法实验一：自由落体加速度的测量1.实验器材准备：-一根垂直固定好的直杆-一组等距的刻度尺-一个小球-一个计时器或秒表-一个尺子2.实验操作步骤：-将直杆竖直固定好，保证它与地面垂直，并且在它下方有足够的自由空间。

-在直杆的一端放置小球，让它在静止状态下。

-使用尺子确定小球的起始高度，并将这个高度标记在刻度尺的起点处。

-用计时器或秒表记录小球从起始点到地面的下落时间。

-多次进行上述操作，并记录不同高度下小球的下落时间。

3.实验数据记录与处理：-根据实验数据计算小球从起始高度到地面的下落时间的平均值。

- 利用行程公式 h = (1/2)gt^2，其中 h 为小球下落的高度，g 为重力加速度（待求解），t 为下落时间，计算重力加速度。

实验二：小球在斜面上的自由落体实验1.实验器材准备：-一块平滑的斜面-一个角度测量仪-一组等距的刻度尺-一个小球-一个计时器或秒表-一个尺子2.实验操作步骤：-将斜面设置在水平面上，并固定好。

-使用角度测量仪测量斜面的倾角，并记录下来。

-在斜面的顶端放置小球，让它在静止状态下。

-使用尺子确定小球的起始高度，并将这个高度标记在刻度尺的起点处。

-用计时器或秒表记录小球从起始点到地面的下落时间。

-多次进行上述操作，并记录不同高度下小球的下落时间。

3.实验数据记录与处理：-根据实验数据计算小球从起始高度到地面的下落时间的平均值。

- 利用行程公式 h = (1/2)gt^2，其中 h 为小球下落的高度，g 为重力加速度（待求解），t 为下落时间，计算重力加速度。

通过以上两个实验，可以对小球在自由下落和斜面上的运动进行观察和测量，从而验证伽利略关于自由落体运动的规律。

伽利略的实验方法为后来的科学家提供了思路和方法，对于物理学的发展起到了重要的促进作用。

一、实验目的1. 通过自由落体实验，加深对匀加速直线运动规律的理解。

2. 掌握自由落体实验的操作步骤和数据处理方法。

3. 学会使用自由落体仪和计时器进行实验。

4. 了解重力加速度与物体质量、高度的关系。

二、实验原理在忽略空气阻力的情况下，物体在地球表面附近受到的重力作用下的运动为自由落体运动。

自由落体运动是匀加速直线运动，其运动方程为：s = 1/2gt²，其中s为物体下落的距离，g为重力加速度，t为时间。

三、实验器材1. 自由落体仪2. 计时器3. 测量尺4. 直尺5. 钢球6. 纸带四、实验步骤1. 将自由落体仪安装好，调整好仪器高度，确保钢球能够顺利通过光电门。

2. 将钢球放在自由落体仪的起始位置，确保钢球与光电门之间没有障碍物。

3. 打开计时器，同时释放钢球，记录钢球通过光电门的时间。

4. 重复步骤3，记录多次实验数据。

5. 将实验数据记录在表格中，进行数据处理。

五、数据处理1. 计算每次实验的落地时间t。

2. 计算每次实验的落地距离s。

3. 利用公式g = 2s/t²计算重力加速度g。

4. 对实验数据进行统计分析，求出重力加速度的平均值。

六、实验结果与分析1. 实验数据如下：实验次数 | 落地时间t(s) | 落地距离s(m) | 重力加速度g(m/s²)-----------------------------------------1 | 1.23 | 1.50 | 9.832 | 1.25 | 1.52 | 9.803 | 1.21 | 1.49 | 9.854 | 1.28 | 1.54 | 9.782. 计算重力加速度的平均值：g = (9.83 + 9.80 + 9.85 + 9.78) / 4 = 9.81 m/s²3. 分析与讨论：（1）实验结果表明，自由落体运动是匀加速直线运动，重力加速度g约为9.81 m/s²。

（2）实验过程中，由于空气阻力的影响，实际测量值与理论值存在一定误差。

图一自由落体装置渤海大学本科毕业论文2.实验原理、步骤、注意事项实验原理：设光电门A 、B 间的距离为，球下落到A 门时的速度为s ，通过A 、B 间的时间为，则成立：0v t2/20gt t v s +=（1）两边除以,得：t （22//0gt v t s +=）设,,则：t x =t s y /= （32/0gx v y +=）这是一直线方程，当测出若干不同的值，用和进行直s t t x =t s y /=线拟合，设所得斜率为，则由可求出，b 2/g b =gb g 2=（4）实验步骤：（1）调节实验装置的支架，使立柱为铅直，再使落球能通过A门B 门的中点。

（2）测量A 、B 两光电门之间的距离。

s （3）测量时间。

t （4）计算各组的，值，用最小二乘法做直线拟合，求出斜率x y 及其标准偏差、（注意：在取的时，由于立柱调整不完善，b b S )(b u b渤海大学本科毕业论文落球中心未通过光电门的中点，立柱上米尺的误差均给值引入误差，s 也是的不确定度来源，一般此项不确定度（B 类评定）较小，可略b 去不计，所以）。

b S b u =)(（5）计算及其标准不确定度。

g )(g u 注意事项：（1）利用铅垂线和立柱的调节螺丝，确保离住处与铅直。

保证小球下落时，两个光电门遮光位置均相同。

（2）测量时一定要保证支架稳定、不晃动。

路程的准确测量对s 实验结果影响很大3.实验数据以及处理表一 自由落体法测重力加速度数据表)(ms t )(cm s tsy =tx =1156.3030.000.1919156.302222.7250.000.2245222.723288.6970.000.2521288.694325.5290.000.2765325.525370.17110.000.2972370.176409.89130.000.3172409.89根据上表用最小二乘法做直线拟合，得：895.4=b 0115.0=b S 2/796.9s m g =∵2/023.02)(2)(sm S b u g u b ===∴2/02.0)(s m g u =图二单摆装置实验原理、步骤、注意事项实验原理：用长线把小球吊在支架上，构成一个单摆。

第３８卷　第５期２０１８年５月 物　理　实　验　ＰＨＹＳＩＣＳＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＴＩＯＮ Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ．５ Ｍａｙ，櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶櫶２０１８　收稿日期：２０１７ ０７ ２８；修改日期：２０１８ ０２ ０８　作者简介：韩晨希（２００１－），男，山西太原人，山西大学附属中学２０１６级高中生．文章编号：１００５ ４６４２（２０１８）０５ ００５９ ０３自由落体法测量重力加速度实验装置的改进韩晨希（山西大学附属中学，山西太原０３０００６） 摘　要：针对高中物理教材中自由落体运动实验装置的不足，做了相应改进．改进后的装置采用３个光电门，消除了初始速度的不确定对测量结果的影响，可快速实现在实验所在地正常大气压或接近真空的低气压下观测自由落体运动并精确测算重力加速度，通过外接气泵可实现在多种大气压下的自由落体运动测试．关键词：自由落体；重力加速度；大气压；初始速度中图分类号：Ｇ６３３．７ 文献标识码：Ａ ＤＯＩ：１０．１９６５５／ｊ．ｃｎｋｉ．１００５ ４６４２．２０１８．０５．０１４ 测量重力加速度是中学物理中的基本实验，当前改进的自由落体法测试仪存在２点不足［１ ６］：电磁铁剩磁影响导致初始速度的不确定和大气压力的影响．这两点因素直接导致了实验误差的增大，也不便于学生了解大气压力对重力加速度的影响．应用于中学物理教学中的自由落体法测量重力加速度的关键技术是便于携带、操作简单、测试准确以及物理概念明确．针对上述不足对自由落体测试仪进行了改进．１　传统的自由落体测试仪及存在的问题１．１　自由落体法基本原理自由落体运动是初速度为零的匀变速直线运动．其运动方程为犺＝１２犵狋２，（１）其中，犺表示狋时间内物体下落的高度，只需测出犺和狋，就可求得重力加速度犵，即犵＝２犺狋２．（２）１．２　存在的问题由式（２）可知，要精确测重力加速度犵，需准确测量小球下落时间狋和在狋时间内下落高度犺，采用光电计时法多次测量可准确测出小球在下落过程中所用时间，而位移的测量是在自由落体仪上完成，未必是小球实际下落位移．另外，小球在自由下落过程中所受到空气阻力通常被忽略．２　实验方法的改进２．１　改进的实验装置图１为改进的实验装置原理图，底座为正三角形结构钢板，见图２．底座上固定有保护套管，图１　改进的自由落体实验装置图２　底座结构示意图保护套管有内螺纹与玻璃管外螺纹连接，保护套管底部凹槽内放置海绵垫作测试小钢球下落的缓冲垫．底座上３个螺纹孔分别连接３个调节螺钉．图１中，玻璃管外壁表面有长度刻度标尺，玻璃管下部有外螺纹与底座的保护套管连接在一起．密封塞下部中间为半圆形凹槽，凹槽深度为实验用小钢球直径的１３～１２．密封塞可以通过推拉拉杆在玻璃管内的整个长度范围内上下做活塞式移动，拉杆的长度略大于玻璃管的长度，拉杆与密封塞通过螺纹连接．放置于密封塞上端的永久磁铁为圆环状，实验装置采用永久磁铁是为了避免电磁铁断电瞬间存在的剩磁对小钢球自由下落初速度的影响．固定于密封塞的通气管上端的密封阀门打开，玻璃管内保持实验所在地的正常气压，可实现正常气压下的自由落体运动实验；关闭密封阀门，并拉动拉杆把密封塞从玻璃管的底部抽动到上端，可把玻璃管内简单快速地抽为接近真空的低气压状态，可实现接近真空的自由落体运动实验．通气管与外部气泵等设备连接，可以将玻璃管内抽取高真空度或充气为高气压，实现多种气压下的自由落体运动高精度测量．２．２　实验步骤１）将测试小钢球放在保护套管内的海绵垫上，把玻璃管螺纹连接在底座套管上．２）调节底座上的螺钉，使玻璃管为铅锤状．３）自下而上拉动拉杆将密封塞抽到玻璃管的上端，由于永久磁铁的磁性，放置在海绵垫上的小钢球吸附在密封塞下面的小凹槽内被一起拉起；在此过程中，通过开关通气管的密封阀门控制玻璃管内的气压．４）调节上、中、下３个光电门的位置，读取记录３个光电门之间的精确距离，并开启外部控制电路使３个光电门处于工作状态．５）快速拿走永久磁铁，小钢球因失磁而自由下落，记录小钢球经过３个光电门的时间，由此时间计算重力加速度．２．３　计算重力加速度在玻璃管内大气压力（正常气压、低气压、高气压）确定的情况下，忽略小钢球直径影响时，重力加速度的测量误差主要来自初速度狏０、下落高度犺及下落时间狋的测量误差．实验中犺与狋一般是容易准确测量的，但精确测量瞬时初速度狏０较为困难，即使改进的实验装置采用了永久磁铁避免了常用自由落体仪电磁铁断电瞬间剩磁的影响，要严格满足狏０＝０也不容易做到．因此，为了消除狏０对实验测试结果的影响，改进的实验装置设计了３个光电门，具体测量原理如图３所示．图３　自由落体测量原理图实验前调节并固定上、中、下３个光电门的位置，其中上、中光电门之间的距离为犺１，上、下光电门之间的距离为犺２．小钢球沿着垂直方向从密封塞下端“０”点开始自由下落，设它到达上光电门的速度为狏０，从上光电门开始，经过时间狋１后到达中光电门点，有：犺１＝狏０狋１＋１２犵狋２１．（３）保持上述条件不变，从上光电门开始，经过时间狋２后到达下光电门，有：犺２＝狏０狋２＋１２犵狋２２．（４）由（３）～（４）式联立可得：犵＝２犺２狋２－犺１狋（）１狋２－狋１．（５）因此，只要测准犺１，犺２，犺３，即可计算重力加速度．３　实　验３．１　实验测试实验中，为了消除初始速度对测试结果的影响，上光电门安装在小球下落初始位置下方的１０．００ｃｍ处，中光电门、下光电门与上光电门的距离分别为犺１＝４０．００ｃｍ和犺２＝９０．００ｃｍ，实验中只需要测试小钢球分别在正常气压与低气压下自由下落时，中、下光电门与上光电门的时间差．测量数据如表１所示，其中狋１和狋２为正常气压下测量的，狋１′和狋２′为低气压下测量的．０６ 物　理　实　验第３８卷表１　实验数据狋１／ｍｓ狋２／ｍｓ狋１′／ｍｓ狋２′／ｍｓ１８２．２３１６．０１８２．１３１５．８１８２．３３１６．１１８２．２３１５．８１８２．２３１５．９１８２．１３１５．９１８２．２３１６．１１８２．２３１６．０１８２．３３１６．０１８２．０３１５．８１８２．３３１６．１１８２．２３１６．０１８２．４３１６．２１８２．１３１５．８１８２．３３１６．１１８２．２３１５．９３．２　计算分析由表１测试数据，可以计算出珋狋１＝０．１８２２７５ｓ，珋狋２＝０．３１６０６２５ｓ；低气压下，珋狋１′＝０．１８２１３７５ｓ，珋狋２′＝０．３１５８７５ｓ．代入公式（５），计算可得太原地区的重力加速度在正常气压下为９．７６３ｍ／ｓ２，在低气压下为９．７６７ｍ／ｓ２．与太原地区的重力加速度９．７９７０ｍ／ｓ２相比，２种气压下的相对偏差均小于０．３５％．此外，由表１测试数据可得，低气压下的重力加速度略大于正常气压下的重力加速度，但并不明显，说明在下落长度有限的情况下，空气阻力对重力加速度的影响较小．４　结束语对测量重力加速度的自由落体运动实验装置进行了改进，采用有通气孔的密封塞在实验玻璃管内的活塞式推拉运动，可简单快速地完成在不同大气压条件下自由落体运动实验，在测试重力加速度的同时便于学生了解大气压对自由落体运动的影响；此外，采用３个光电门，消除了自由落体运动中初始速度的不确定对重力加速度测量精度的影响．区别于目前中学生物理实验中通常采用的打点计时器法只能在实验室进行，改进的自由落体重力加速度测试仪实验操作简单，并且可以方便地带入课堂演示，便于学生将课堂理论知识的学习与实验探究更好地结合在一起．参考文献：［１］　滕德虎．对测量重力加速度实验装置的改进［Ｊ］．物理实验，２０１７，３７（６）：５８ ６０．［２］　黄卫良．“伽利略研究自由落体”实验方案创新设计［Ｊ］．物理实验，２０１６，３６（３）：４２ ４５．［３］　曾祥新，于海波．应用双帧数视频分析法探究“自由落体运动”的加速度［Ｊ］．物理实验，２０１５，３５（９）：２６ ２８．［４］　张步元．用光电门测自由落体加速度实验的改进［Ｊ］．物理实验，２０１５，３０（１２）：１４ １７．［５］　刘艳峰．测量重力加速度的一种新方法［Ｊ］．大学物理实验，２０１４，２７（３）：９１ ９３．［６］　杨国仁，王桂忠，栾晓宁．自由落体实验仪的改进［Ｊ］．物理实验，２０１０，３０（６）：３４ ３６．犐犿狆狉狅狏犲犿犲狀狋狅狀狋犺犲犿犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋狅犳犵狉犪狏犻狋犪狋犻狅狀犪犾犪犮犮犲犾犲狉犪狋犻狅狀狌狊犻狀犵犳狉犲犲犳犪犾犾犻狀犵犿狅狏犲犿犲狀狋犱犲狏犻犮犲ＨＡＮＣｈｅｎ ｘｉ（ＡｆｆｉｌｉａｔｅｄＨｉｇｈＳｃｈｏｏｌｏｆＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｓｏｍｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｘｐｅｒｉ ｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｏｆｆｒｅｅｆａｌｌｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｉｎｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｉｔｃｏｕｌｄｑｕｉｃｋｌｙａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｔｈｅｏｂｓｅｒｖ ｉｎｇｏｆｆｒｅｅｆａｌｌｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｎｏｒｍａｌ，ｌｏｗｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｗａｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｒｅｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇａｔｅｓ．Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｗａｓｓｉｍｐｌｅｔｏｏｐｅｒａｔｅ，ａｎｄｉｔｗａｓｅａｓｙｔｏｂｅｃａｒｒｉｅｄｉｎｔｏｔｈｅｈｉｇｈｓｃｈｏｏｌｃｌａｓｓｅｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｆｒｅｅｆａｌｌｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｖａｒｉｏｕｓｋｉｎｄｓｏｆａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅｃｏｍｐｌｅｔｅｄｂｙａｍｅｄｉｕｍ ｒａｎｋｉｎｇｓｔｕｄｅｎｔｉｎａｓｈｏｒｔｔｉｍｅ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｒｅｅｆａｌｌｉｎｇ；ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎａｌａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ；ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｉｎｉｔｉａｌｖｅｌｏｃｉｔｙ［责任编辑：尹冬梅］１６第５期 韩晨希：自由落体法测量重力加速度实验装置的改进。

地极测量仪使用方法一、简介地极测量仪是一种用于测量地球表面重力加速度的仪器。

通过测量重力加速度，可以推断地球内部的密度分布情况，从而了解地球内部的结构和演化过程。

地极测量仪的测量精度很高，可达到微伽（10^-9 m/s^2）级别。

二、仪器构成地极测量仪主要由重力感应器、悬挂系统、控制系统和数据采集系统四部分组成。

1.重力感应器：重力感应器是地极测量仪的核心部件，用于测量重力加速度。

常见的重力感应器有绝对重力仪和相对重力仪两种。

绝对重力仪采用自由下落物体的自由落体加速度来测量重力加速度，而相对重力仪则是通过比较两个物体的相对位置变化来测量重力加速度。

2.悬挂系统：悬挂系统用于使重力感应器保持水平状态，并减小外界干扰。

悬挂系统通常包括悬挂支架、钢丝和悬挂软件等部件。

3.控制系统：控制系统用于控制悬挂系统的运动，保持重力感应器的稳定状态。

控制系统通常由电机、传感器和控制软件等组成。

4.数据采集系统：数据采集系统用于记录重力感应器测量到的重力加速度数据，并进行数据处理和分析。

数据采集系统通常包括AD转换器、存储器和数据处理软件等部件。

三、使用步骤1. 准备工作：将地极测量仪放置在平稳的地面上，并确保仪器的稳定性和水平度。

2. 启动系统：按照仪器操作手册的指导，启动控制系统和数据采集系统。

3. 校准仪器：通过仪器自带的校准功能，对仪器进行校准，以确保测量结果的准确性和可靠性。

4. 开始测量：按照测量要求和操作手册的指导，设置测量参数，并开始进行测量。

测量过程中，要避免外界干扰，如地震、风等。

5. 数据处理：测量结束后，将采集到的数据传输到计算机中，利用数据处理软件进行数据处理和分析。

根据需要，可以绘制重力异常图、重力梯度图等。

6. 结果解释：根据数据处理的结果，解释测量结果，并与地质地球物理模型进行对比，从而获得有关地球内部结构和演化的信息。

四、注意事项1. 在使用地极测量仪之前，要仔细阅读仪器的操作手册，并按照要求进行操作。