自由落體測重力加速度簡默成

1、荊楚理工學(xué)院課程設(shè)計(jì)成果 學(xué)院: 數(shù)理學(xué)院 班 級(jí): 11物本1班 學(xué)生姓名: 簡默成 學(xué) 號(hào): 設(shè)計(jì)地點(diǎn)（單位） 荊楚理工學(xué)院 四合院 設(shè)計(jì)題目: 自由落體運(yùn)動(dòng)測量重力加速度 完成日期： 2013 年 11 月 01 日 指導(dǎo)教師評(píng)語: _ 成績(五級(jí)記分制): 教師簽名: JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY專業(yè)課程設(shè)計(jì)自由落體運(yùn)動(dòng)測量重力加速度 學(xué) 院 數(shù)理學(xué)院 專 業(yè) 應(yīng)用物理學(xué) 年級(jí)班別 2011級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 簡默成 指導(dǎo)教師 周仙美 副教授 2013年11月1日目錄摘要I0.前言II1.設(shè)計(jì)原理11.1原理推導(dǎo)11.2實(shí)驗(yàn)原理22.設(shè)計(jì)步驟22.

2、1.步驟23. 記錄及處理33.1.數(shù)據(jù)記錄33.2.數(shù)據(jù)處理3逐差法3值得求解43.2.3.相對(duì)誤差的計(jì)算44. 結(jié)論55.心得體會(huì)5參考文獻(xiàn)6自由落體運(yùn)動(dòng)測量重力加速度摘要：關(guān)鍵詞：重力加速度;自由落體運(yùn)動(dòng);電磁控制裝置Abscract:For all objects regardless of size or quality , near the same place of the ground they will fall down with the same acceleration. If the falling distance of the object is much sma

3、ller than the Earth radius neglecting air influnce of the process in which the acceleration remains constant . The acceleration of objects near the ground is called gravitational acceleration. It is an important parameter in physics. Various regions acceleration due to gravity on the planet with the

4、 size of the region's geographic latitude and altitude varies slightly different. Studying the distribution of the Earth gravitational physics is important. This article is a measurement of falling bodies, and the acceleration of gravity measured by free falling is one of the college physics exp

5、eriment 1 experimental apparatus used in the traditional unidirectional winding of the electromagnetic control device for the drop of the ball will be affected, in this article this issue will be resolvedKey words: Acceleration of gravity ; The motion of free falling body ; Electromagnetic control d

6、evice0.前言重力加速度g的測量對(duì)地球的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究很重要，而測量重力加速度的方法有很多種，比如說單擺法2-3，氣墊導(dǎo)軌法4，自由落體法5等。從測量的方法上考慮用落體法最為簡單，本次設(shè)計(jì)我將著重討論自由落體法。在有現(xiàn)代科技的支撐下，他不但變得簡單方便，而精確度也有了大大的提高。說到這兒現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)都有用到高科技東西，我的實(shí)驗(yàn)中也有，它便是今天我們隨處可見的傳感器。關(guān)于傳感器方面的信息，在此我就不多說了，本次課程設(shè)計(jì)中主要是用到了光電門。靠紅外線感光來傳遞時(shí)間信息。這一項(xiàng)技術(shù)的引進(jìn)使得我們的研究方便了很多。本次設(shè)計(jì)還將對(duì)傳統(tǒng)裝置做一個(gè)改進(jìn)，傳統(tǒng)的電磁控制裝置的線圈是單方向纏繞的，這樣的裝置對(duì)

7、下落的小球會(huì)有一定的牽制作用。對(duì)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)會(huì)有所影響，對(duì)此我將做這樣一個(gè)改裝，在原有線圈的外層繞一個(gè)與原線圈極性相反的線圈斷路后電磁裝置不在對(duì)小球作用。此外，我還在實(shí)驗(yàn)裝置上安裝了一個(gè)水平尺，有了這個(gè)裝置我們這個(gè)支架的垂直問題就不用擔(dān)心了。1.設(shè)計(jì)原理1.1原理推導(dǎo) 自由落體的重力加速度由重力產(chǎn)生，稱為重力加速度g，根本原因由萬有引力產(chǎn)生，它與質(zhì)量成正比，與距離的平方成反比。它是一個(gè)重要的地球物理常數(shù)。地球上各點(diǎn)的加速度數(shù)值，隨該地的緯度、海拔高度及該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的不同而不同。因而測量重力加速度對(duì)于地質(zhì)勘探等具有很重要的意義。g值偏大的地方則可能埋藏著重礦物，反之g值偏小的地方則可能埋藏著鹽類

8、和石油。  自由落體儀主要由立柱、吸球器和光電門組成。如圖1-1所示。立柱固定在平衡底座上，上端有一個(gè)吸球器，立柱上有米尺。兩個(gè)光電門可以沿立柱上下移動(dòng)。打開電磁控制器的開關(guān)，小球?qū)⒈晃蚱魑。P(guān)閉開關(guān)小球脫離吸球器作自由落體運(yùn)動(dòng)。立柱上的光電門與計(jì)時(shí)儀聯(lián)接。光電門由一個(gè)小的聚光燈泡和一個(gè)光敏管組成，聚光燈泡對(duì)準(zhǔn)光敏管，光敏管前面有一個(gè)小孔可以接收光的照射。光敏門與計(jì)時(shí)儀是按以下方式聯(lián)接的。即當(dāng)兩個(gè)光電門的任一個(gè)被擋住時(shí)，計(jì)時(shí)儀開始計(jì)時(shí)；當(dāng)兩個(gè)光電門中任一個(gè)被再次擋光時(shí)，計(jì)時(shí)終止計(jì)時(shí)儀顯示的是兩次擋光之間的時(shí)間間隔。圖1-1自由落體遠(yuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置1.2實(shí)驗(yàn)原理小球從A點(diǎn)沿豎直方向自由

9、下落將兩個(gè)光電門分別放在B、C處，記下B、C之間的距離S1和小球經(jīng)過B 、C兩點(diǎn)的時(shí)間間隔t1，有 （1）用t除兩側(cè)，得 （2） 又設(shè)x=t, ,得 （3）這是一直線方程，當(dāng)測出若干不同s的值，用x=t和進(jìn)行直線耦合，設(shè)所得斜率為b,則由可以求出g: （4）本次實(shí)驗(yàn)我們將要采用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，必須使小球相鄰兩次的下落時(shí)間差相等，具體到本實(shí)驗(yàn)，就是小球下落時(shí)，下落時(shí)間必須按照t,2t,3t,4t,5t,6t,7t,8t變化。2.設(shè)計(jì)步驟2.1.步驟1 打開計(jì)時(shí)儀的電源開關(guān)，四芯線兩端分別接光電門和計(jì)時(shí)儀的光電插孔，注意四芯線插頭和插孔的一一對(duì)應(yīng)，不能插錯(cuò)方位2 將功能指示選在“計(jì)時(shí)

10、”位置處，計(jì)時(shí)儀左下角的次數(shù)選擇撥到2.對(duì)光電門遮光時(shí)其數(shù)字顯示正常，并能復(fù)位為零3 調(diào)整自由落體儀支柱鉛直，使擺球的懸線影正對(duì)光敏管位置,看水平尺是否水平，若未平則應(yīng)調(diào)節(jié)底座上的螺絲使其水平，從而保證自由落體儀支柱鉛直4 將上端電門放在10cm處，使兩光電門之間的距離1s為5cm，記錄下小球通過此距離的時(shí)間 1t，時(shí)間顯示時(shí)ms指示燈亮,說明記錄的是毫秒,換算成秒作單位.測量5次；然后取時(shí)間的平均值，計(jì)為t，然后測量2t,3t,4t,5t,6t,7t,8t對(duì)應(yīng)的高差，由于計(jì)時(shí)儀精確到0.001ms,在自由落體儀的米尺上難以找到某一刻線值與此對(duì)應(yīng)，故在時(shí)間it的兩側(cè)找到對(duì)應(yīng)的高差hi

11、,然后取平均值作為該時(shí)間對(duì)應(yīng)的高度差。5 按要求計(jì)算出g的值及相對(duì)誤差3. 記錄及處理3.1.數(shù)據(jù)記錄表一表3-1  光電法測g數(shù)據(jù)表 T1  T2  T3  T4  T5  平均值   t  2t  3t  4t  5t  6t  7t  8t 時(shí)間t/s  0.037228  0.074456  0.111684  0.148912  0.18614  

12、0.223368  0.260596  0.297824 高度差  0.05   0.1141  0.1922  0.2841  0.3882  0.5061  0.6381  0.7841hi/m  0.05  0.1147  0.1928  0.2833  0.3888  0.5069  0.6387 0.7848 平均高差m  0.05  0.1144  0.1925&#

13、160; 0.2837  0.3885  0.5065  0.6384  0.7844536.525ms  36.902ms  36.305ms  37.101ms  37.748ms      37.228ms  3.2.數(shù)據(jù)處理逐差法 第一次逐差法： （5） （6） （7） （8） 第二次逐差法： （9） （10）值得求解 （11） （12） （13）3.2.3.相對(duì)誤差的計(jì)算 （14） （15）4. 結(jié)論 本次課程設(shè)計(jì)用的是自由落體法測重力

14、加速度，在前人的基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)。效率還是挺好的，尤其是光電門的應(yīng)用，大大提高了實(shí)驗(yàn)的精度，也使實(shí)驗(yàn)方便了不少。再者就是電磁控制器線圈的處理對(duì)系統(tǒng)誤差的影響有所降低，消除了電磁控制器在斷開后短時(shí)間內(nèi)磁性對(duì)鋼球的影響。使得實(shí)驗(yàn)中的小球能正常的做自由落體運(yùn)動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)裝置相對(duì)于其他同類實(shí)驗(yàn)而言簡單快捷方便。而這一系列的特點(diǎn)正是我們所喜歡的。當(dāng)然，它還是有很多地方是需要改進(jìn)的如空氣阻力等，這些都還有待改進(jìn)。5.心得體會(huì) 本次課題設(shè)計(jì)主要是在鍛煉我們的動(dòng)手操作能力和體現(xiàn)我們的想法，這次課題的具體操作過程中讓我萌發(fā)了不少想法。在每一次做的過程中都能有一些新的想法和疑問，在實(shí)現(xiàn)這些想法和解決這些疑問的過程中，使得我的思維更為活躍動(dòng)手操作能力更為靈活。在查閱資料方面也讓我長了不少見識(shí)，讓我了解到了好多新奇的東西?？吹胶枚鄸|西我就在想，他們是怎么辦到的呢？這人的智慧是不可想象的。能想到就能做到，你想不到的也有人能做到。再者，在后期論文的編寫方面讓我對(duì)word了解又多了幾分，又學(xué)到了不少東西，如目錄的制作。有了目錄讓我們對(duì)文檔的查看和修改便利多了。參考文獻(xiàn) 1普通物理實(shí)驗(yàn)1.力學(xué)、熱學(xué)部分 （第四版） 高等教育出版社2007 6163 2吳小林約利秤測重力加速度及其不確定度的計(jì)算 實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)