自由落體重力加速度測量儀實驗原理和方法

時間：2019/10/17閱讀：8210

利用自由落體(條形物體)測定重力加速度,比體測量準確.方便.配有數字毫秒計,五位半數顯.

實驗：驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

（1）實驗原理：初速度為零的自由落體運動其公式
(1)
如果物體下落的時間取：t1:t2:t3=1:2:3，則下落的距離就會得出：h1:h2:h3=1:4:9。
（2）實驗操作：儀器與計時器連接好，接通計時器電源，將計時器的電磁鐵開關撥到“吸”位置上，電磁鐵通電，將鋼吸住，（注意鋼應吸在電磁鐵的中心處）。同步開關撥到“放”位置時，切斷電磁鐵電源，鋼自由下落，計時器同步計時，當鋼通過兩個光電門后計時器自動停止計時，并循環顯示出鋼下落的時間t。
實驗中，依次移動光電門，使光電門的中凹形槽底邊對準立柱標尺的10cm，40cm，90cm處，分別測出下落的時間t1、t2、t3，每個時間測五次取平均值。如果可以得到h1:h2:h3=1:4:9對應的下落時間t1:t2:t3=1:2:3的關系，驗證了自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

實驗二：測量重力加速度g值。
（1）實驗原理：根據自由落體運動公式(1)h=gt2/2可以得到
(2)
只要測出物體下落的距離h和對應的下落時間t，就可以計算出重力加速度g值來。
（2）實驗操作：將光電門移至標尺100cm處，實驗操作過程同實驗，分別測量五次，取平均值，將所測量的數據代入公式(2)，即可求出重力加速度g值。
這種實驗方法簡單、方便，但測得的重力加速度g值般誤差較大。原因：
a). h的測量有困難，h的起始點為鋼的直徑下沿，但當鋼通過光電門時，不定正好是鋼的直徑下沿，很可能偏離些，帶來定的△h誤差。
b). 由于電磁鐵斷電的瞬間，電磁鐵有剩磁，鋼滯后下落，這就成了時間測量上的誤差。

實驗三：初速度不為零且相等的自由落體實驗法，測量g值。
（1）實驗原理：為了減少電磁鐵剩磁和h測量的誤差對實驗度帶來的影響，采用初速度不為零的自由落體運動，其公式h=V0t+gt2/2，見圖三。將兩個光電門分別置于A,B兩點處，鋼從零點開始自由下落，設到達A點的速度為V0，再經過時間t1后，鋼到達B點，AB兩點間的距離為h1，則有：
h1=V0t1+gt12/2

(3)
將光電門B下移段距離至B'點，重復上述實驗。設鋼從A點經過時間t2到達B'點，AB'兩點間距離為h2，則有：
h1=V0t2+gt22/2

(4)
將式(4)×t1，式(3)×t2，兩式相減得：
h2t1-h1t2=g(t22t1-t12t2)/2
g=2(h2/t2-h1/t1)/(t2-t1) (5)
實驗的相對誤差計算公式為：δ＝│g標-g測│/g標x100％…………… (6)
重力加速度的理論值g=980.094cm/s2
這樣實驗的結果比實驗二的多，與標準重力加速度的相對誤差可做到≤1％。

自由落體重力加速度測量儀實驗原理和方法

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