自由落体重力加速度的测定_表格更新.docVIP

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: （1） （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 （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，则 （4） 公式（4）×t1，（3）×t2，两式相减得： （5） （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： 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 实验步骤 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。 接通电脑数字毫秒计电源，并打开开关，置于“计时”档。 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。 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。 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。 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。 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 和测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。