自由落体重力加速度的测定-表格更新

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设计性实验 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、实验仪器
ZL-B重力加速度测定仪、 ZL-B重力加速度测定仪专用毫秒计、钢球等。

三、仪器简介
重力加速度测定仪由刻制标尺的立柱、三脚支架、光电门、电磁吸球器及橡皮吸球器、
接球架、数字毫秒计等组成。立柱下端固定在三脚支架上,三脚支架上的螺栓用于调节立柱
与地面的垂直度用重锤调光电门在同一直线。立柱上端有电磁吸球器或橡皮吸球器。
1.当电磁铁线圈接通低压电源时,电磁铁可吸住小钢球;断开电源时,小钢球落下作自由
落体运动。
2.橡皮吸球器下端有一吸头,按住橡皮吸球,可将小球吸住。当空气进入吸球后,使吸球
内、外气压趋于一致时,小球开始自由下落。掌握按压橡皮吸球的程度,可控制释放小
球的时间。
3.立柱中间安装两个可上下任意移动的光电门,光电门在立柱上的位置由光电门支架上横
线所对标尺的刻度决定。
四、实验原理:
自由落体运动是初速为零的匀速直线运动,根据自由落体公式:
2
2

1
gth
(1)

2
2thg
(2)

只要测出物体下落的时间t0和t时间内物体下落的距离h,就可以得到重力加速度g。
方式一:联动计时方式
本仪器装有联动计时装置,即在切断电磁铁电源、小球落下的瞬间开始计时,到小球经过第
一个光电门时停止计时,利用电磁铁吸球器到第一个光电门之间的距离h和电脑计时器上所
计时间t,运用公式(1)、(2)即可求得重力加速度g。这种测量方式,公式简单,测算方便
。但测得的重力加速度g一般误差较大(约1—3%),原因有

1.h的精确测量有困难。用公式(1)、(2)测量时,要保证
V0=0,这就要求将光电门调至刚刚不挡光的临界位置,这
是十分困难的。
2.t 的精确测量不易进行。由于电磁铁有剩磁,电磁铁断电
的瞬时,小球并不立刻下落,这就造成时间测量上的误差。
方式二:双光电门计时方式
方法一:如图1所示,小球沿竖直方向从0点开始自由下落,
设它到达A点的速度为V1,从A点起,经过时间t1后小球到过B点。令A、B两点间的距离
为h1,则

2
2
1
111

gt
tvh
(3)

若保持上述条件不变,从A点起,经过时间t2后,小球到B点,令A、B两点间的距离为h2,

2
2
2
212

gt
tvh
(4)

公式(4)×t1,(3)×t2,两式相减得:

2
)(2211222112ttttgthth

(5)

)()//(2121122ttththg


(6)

利用上述方法测量,将原来难于精确测定的距离h1和h2转化为
测量其差值,即(h2-h1),该值等于第二个光电门在两次实验中的
上下移动距离,可由第二个光电门在移动前后标尺上的两次读
数求得.而且解决了剩磁所引起的时间测量困难.测量结果要比
方式一精确的多。

五、实验内容:
(一) 实验准备
1.三角支架和立柱通过螺纹连接由顶丝紧固
2.将电磁吸球器、光电门、接球架、数字毫秒计及支架固定于立柱上。
表1

(二) 实验步骤
1. 调垂直将重锤悬挂在电磁吸球器左端的找正板挂钓上,将两组光电门拉开一定距离,
调节底脚螺栓,便重锤线在X和Y轴两个方向处于光敏管正中,保证小球下落过程
中遮光位置的准确性,保证实验精度。
2. 接通电脑数字毫秒计电源,并打开开关,置于“计时”档。
3. 保持上光电门位置不变,将下光电门下移至距离20厘米处,释放小球,记录通过两
次光电门之间的时间t和距离h,重复测量三次。
4. 重复上一步骤,依次测量两个光电门的距离为40,60,80,100厘米所用的时间t,
并记录完成表1。
5. 按公式(2)或(6)计算重力加速度g,并计算相对误差。 h 的准确测量对实验结
果影响很大。
6. 选定合适且误差最小的一组h,利用公式(6)重复测量,完成表2。
7. 按公式(7)自行设计测量重力加速度,要求相对误差小于0.5%。
(三)注意事项
本仪器立柱钢管经精密刻制,在使用和存放时,请勿受压弯曲及硬物磕碰。实验时阳光
不要直接照射在光电门上,以免影响光电计时工作。
表2
六、思考题
1.应用221gth求重力加速度.为什么会产生误差?
2.用式(6)测重力加速度时,为什么两光电门距离大些好?
3.以误差分析说明。用式(6)测g时,
(1) o要靠近顶部,即V0要小.
(2) B要靠近底部。即t2要小.
(3) A的位置有一个最佳值,根据所用仪器的实际数据,估算A应在什么位置较好。
4.如果数字毫秒计可以测量出小球通过某一位置o的挡光时间t,并认为挡光距离就

是小球的直径d,那么小球通过o点的瞬时速度为u,问:能不能由公式tdu 和
ghu22
测g?(h是小球自由下落到o点的距离)。
5.请自行设计其他可行的测量重力加速度的方法,写出简要步骤。