《測量重力加速度的實驗方法總結(jié)綜述》3000字

測量重力加速度的實驗方法總結(jié)綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u12512測量重力加速度的實驗方法總結(jié)綜述 1244911單擺法 2227071.2實驗原理 2187651.3實驗儀器和用具 3247311.4實驗步驟 3109571.5實驗記錄與結(jié)果 3112842自由落體運動法（落球法） 48302.1實驗原理 441612.2實驗儀器和用具 5270103打點計時器測量法 7231043.1實驗原理 720983.2實驗儀器與用具 7304713.4實驗步驟 753713.5實驗數(shù)據(jù)記錄與計算 7159954平衡法 8122434.1實驗原理 8272504.2實驗儀器和用具 8179354.3實驗步驟 810873（１）用托盤天平測量實驗鐵塊的質(zhì)量m； 826664.5實驗數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果 81單擺法利用經(jīng)典的單擺公式，用單擺測量當?shù)氐闹亓铀俣?，單擺的振動周期和重力加速度相關(guān)，測得了單擺振動周期，就可以得到當?shù)氐闹亓铀俣取D2-1實驗原理圖圖2-2實驗裝置圖1.2實驗原理單擺法測量重力加速度是通過一根不可伸長的輕繩一端固定一個帶有線孔的小剛球，另一端用鐵夾固定。要求：輕繩的質(zhì)量要遠小于金屬小球的質(zhì)量，同時金屬小球的直徑遠小于輕繩的長度，當我們給小球一個力時[7-]，小球開始擺動，當金屬小球做單擺運動幅角θ很小時，開始計算小球擺動周期，這種裝置為單擺法測量重力加速度裝置。在操作過程中，在忽略空氣阻力、以及實驗器材對實驗結(jié)果的影響，當單擺擺動幅角θ＜５°，可以將單擺看出簡諧運動[8]，其周期為：(2-1)式中（2-1）中是單擺的擺長（線長度加上小剛球直徑的一半），g是重力加速度，T是單擺擺動周期。因此，只要測出單擺的擺長和擺動周期T，就可以計算得出重力加速度的值。實驗中，一個擺動周期的測量會存在較大的誤差，為了減少實驗誤差，直接測量n個擺動周期的時間t間接確定擺動周期T，t＝nT，代入式（2-1）中得重力加速度的計算公式為：(2-2)1.3實驗儀器和用具帶孔的鋼球一個、細線2條、游標卡尺、停表、帶鋼夾的鐵架臺1.4實驗步驟（１）安裝實驗儀器，小剛球直徑d由游標卡尺測出，測量5次，記錄每次測量的金屬小球直徑d，計算時取平均值；（２）準備長直尺和兩條長度不同的擺線，利用長直尺測出擺線長度，擺線長度依次為。擺線長度記為L，每次實驗中測量5次，記錄每次測量的擺線長度L；（３）拉開單擺，使得擺球來回擺動，當單擺擺動幅角θ＜５°，開始記錄單擺連續(xù)擺動20次的時間t，在實驗中測量5次，記錄每20個周期的時間并取平均值；（４）根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)，計算得出擺長，根據(jù)1節(jié)公式2-2計算重力加速度g值,擺長公式為：（2-3）1.5實驗記錄與結(jié)果第一次單擺實驗數(shù)據(jù)如表2-1所示：表2-1單擺法第一組數(shù)據(jù)參數(shù)12345平均值d/mm12.5012.5214812.5212,4812.50L/cm60.160.060.159.9559.9060.01/cm60.72560.62660.72460.57660.52460.635t/s31.131.231.130.930.931.04第二次單擺實驗數(shù)據(jù)如表2-1所示：2-1單擺法第二組數(shù)據(jù)參數(shù)12345平均值d/mm12.5014814812.5212,4812.50L/cm70.1070.0570.1069.9569.9070.02/cm70.72570.67670.72470.57670.52470.645t/s33.3133.5033.6533.6533.4833.518第一組實驗數(shù)據(jù)帶入（2-2）中；得:第二組實驗數(shù)據(jù)帶入（2-2）中；得:2自由落體運動法（落球法）自由落體運動是指物體在只有重力作用下做初速度為零的豎直下落運動．落體法測重力加速度，把自由落體運動當作研究對象，并從運動過程中提取相關(guān)信息以計算重力加速度值．實驗設(shè)計的關(guān)鍵在于自由落體運動模型的建立[10]，必須考慮到實際實驗中空氣阻力、浮力的存在、實驗裝置本身的系統(tǒng)誤差、測量過程中的偶然誤差，要盡量地減小各種影響因素對實驗結(jié)果的影響[11]。2.1實驗原理自由落體測量重力加速度法，物體要求只受到重力的作用且初速度為零開始運動，不考慮空氣阻力的影響，這種運動稱為自由落體運動。此實驗采用光電門來測量物體的速度和時間，兩個光電門之間的距離為s，設(shè)小剛球下落到光電門１時的速度為V0，通過兩個光電門之間的時間為t，由勻加速直線運動規(guī)律得：(2-4)圖2-3實驗原理圖圖2-4實驗裝置圖第一個光電門放在A位置固定不動，第二個光電門放在B位置，假設(shè)兩個光電門之間距離為，經(jīng)過光電門的時間為可得：(2-5)第一個光電門放在A位置固定不動，第二個光電門放在Ｃ位置，假設(shè)兩個光電門之間距離為，經(jīng)過光電門的時間為可得：(2-6)兩式聯(lián)立得(2-7)自由落體方法中，由立柱標尺讀出，可以避免測量距離的困難。2.2實驗儀器和用具自由落體裝置，數(shù)字毫表，光電門（２個），金屬小球。3實驗步驟調(diào)節(jié)自由落體裝置，將系有重物的細繩掛載支柱上作鉛垂線，調(diào)節(jié)三角座螺絲釘使鉛垂線通過光電門的中心，同時要從水平方向調(diào)節(jié)光電門，使光電門保持水平，以確保光電門之間的距離即是的值；對數(shù)字毫表進行調(diào)試，接通電源，檢查兩個光電門是否正常工作，用手遮一下上光電門，計時開始，再遮一下下光電門，計時停止，重復幾次觀察毫表讀數(shù)是否準確；電磁鐵通電，吸住小球，保證小球的初速度為零。電磁鐵斷電，小球自由下落，通過第一個光電門計時器開始計時。正常將上面的光電門１調(diào)節(jié)至離小球下落起點0.1ｍ處，即x1=0.1m。第一組數(shù)據(jù)分別將光電門調(diào)整在７０cm和110cm的位置，記錄小球分別通過這兩個光電門的時間，使用毫秒計0.1ms擋測5次時間t，依次取平均（7)第二組數(shù)據(jù)分別將光電門調(diào)整在60cm和100cm的位置，記錄小球分別通過這兩個光電門的時間，使用毫秒計0.1ms擋測5次時間t，依次取平均。4實驗記錄與結(jié)果第一組實驗數(shù)據(jù)如表2-3所示表2-3自由落體法第一組數(shù)據(jù)參數(shù)12345平均值226.09226.43226.05226.51226.02226.22320.73321.03320.99321321.02320.954第二組數(shù)據(jù)如表2-4所示表2-4自由落體法第二組數(shù)據(jù)參數(shù)12345平均值198.29198.64198.49198.65198.43198.50299.25298.82298.93299.12298.98299.006把第一組實驗數(shù)據(jù)帶入（2-7）中，得：把第一組實驗數(shù)據(jù)帶入（2-7）中，得：取平均值得：3打點計時器測量法3.1實驗原理電磁打點計時器是在交流電壓下工作的儀器，工作電壓為4-6V；基于電磁感應原理來間歇性打點工作。在實驗中，通過紙帶運動來引領(lǐng)線圈和永久磁鐵的發(fā)揮作用，從而引起電磁打點計時器上的振片振動，振針隨著振動在紙片上等間隔打點[12]。此次實驗中交流電源頻率為50Hz，由t=1/f得電磁打點計時器打點間隔為0.02s。此時把可以將紙帶看成勻變速直線運動，通過測出相鄰點的位移來計算出重力加速度。（2-8）Sn為等時間間隔T的位移。3.2實驗儀器與用具電磁打點計時器1臺、紙帶、刻度尺、電源、導線等3.4實驗步驟（1）固定打點計時器，連接電路，接好電源；（2）將紙帶穿過位孔安裝在打點計時器上；（3）用手豎直拉紙帶并接通電源，啟動打點計時器1-2s后讓重物自由下落，打完紙帶后立即關(guān)閉電源，若紙帶上的點清晰且均勻，則可以做實驗，若不是，應做適當調(diào)整。（4）重新固定一條紙帶，下端用鐵夾固定到重物上，讓重物靠近打點計時器，重物應選擇密度大的，減少空氣阻力。（5）用手捏住紙帶上端，把紙帶拉成豎直狀態(tài)，打開打點計時器電源后，松手讓紙帶和重物做自由落體運動。（6）做多組實驗，選一條點跡清晰的紙帶進行分析計算（7）改變重物的質(zhì)量，重復上面的實驗，做多組實驗，選擇點跡清晰的進行分析。3.5實驗數(shù)據(jù)記錄與計算記錄實驗數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計結(jié)果如表2-5所示：表2-5實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計Sn(cm)Sn-1(cm)S(cm)T(s)14.4574.83710.38010.0224.83715.22780.39070.0235.2785.66410.38610.02利用式（2-7）計算出重力加速度：表2-6實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計及重力加速度計算Sn(m)Sn-1(m)S(m)T(s)g(m/s-2)10.044570.0483710.00380.029.502520.0483710.0522780.003910.029.767530.052780.0566410.003860.029.65254平衡法4.1實驗原理平衡法測量重力加速度原理較簡單，利用的是物體質(zhì)量與重力的之間的關(guān)系[13]，分別利用彈簧測力計測量出鐵塊的重力F，以及天平測量出鐵塊的質(zhì)量m，計算出兩者的比值換算出測量重力加速度g[14]。（2-9）4.2實驗儀器和用具彈簧測力計（２Ｎ），托盤天平，鐵塊。4.3實驗步驟（１）用托盤天平測量實驗鐵