實驗2--自由落體法測定重力加速度(詳寫)

1、圖1實驗裝置圖?實驗2自由落體法測定重力加速度?實驗報告一、實驗?zāi)康暮鸵?、學(xué)會用自由落體法測定重力加速度；2、用誤差分析的方法，學(xué)會選擇最有利的測量條件減少測量誤差。二、實驗描述重力加速度是很重要的物理參數(shù)，本實驗通過豎直安放的光電門測量自 由落體時間來求重力加速度，如何提高測量精度以及正確使用光電計時器是 實驗的重要環(huán)節(jié)。三、實驗器材MUJ-5C型計時計數(shù)測速儀精度，自由落體裝置刻度精度，小鋼球，接 球的小桶，鉛垂線。四、實驗原理實驗裝置如圖1。在重力實驗裝作用下，物體的下落運動是勻加速直線運動， 其運動方程為s二？?t+1/2g ?該式中，s是物體在t時間內(nèi)下落的距離；？?是物體運動的

2、初 速度；g是重力加速度；假設(shè)測得s, ?,t，即求出g值。假設(shè)使？?=0，即物體小球從靜止釋放，自由落體，貝U 可防止測量？?的麻煩，而使測量公式簡化。但是，實際測量 S 時總是存在一些困難。本實驗裝置中，光電轉(zhuǎn)換架的通光孔總 有一定的大小，當(dāng)小鐵球擋光到一定程度時，計時-計數(shù)-計頻 儀才開始工作，因此，不容易確定小鐵球經(jīng)光電轉(zhuǎn)換架時的擋 光位置。為了解決這個問題，采用如下方法：讓小球從0點處開始下落，設(shè)它到A處速度為？，再經(jīng)過 ?寸間到達(dá)B處，令A(yù)B間距離為？?，貝U?=?- 2?同樣，經(jīng)過時間？2后，小球由A處到達(dá)B處，令A(yù)B間 的距離為？?，那么有s2=?t2+1/2g ?化簡上述兩式

3、，得：g=2 (? ? ?-t2 ?=2(?0 ?- ? ?)/ ? ?1上述方法中，？2? ?由立柱上標(biāo)尺讀出，巧妙防止了測量距離的困難。注: B,B為同一光電門，只是距離 A的遠(yuǎn)近不同g的不確定度與光電轉(zhuǎn)換架的位置有關(guān)。根據(jù)不確定度的絕對值合成公 式，采用求標(biāo)值的方法來選擇最有利的條件，求出最正確操作范圍。經(jīng)實際 推導(dǎo)，得：(2)c _ 2(?s + ?/ 11、4?t?g = ?- ?(?+ ? + ?- ?式中，取?= ?= ? ?= ?= ? 要使?g較小，那么:?t，?s，要屢次測量后求出；?要盡量??；B的位置要盡量靠近頂端，B的位置要盡量靠近底 端。五、重點和難點1、重力加速度測

4、量方法；2、保持支架鉛直；3、光電門最正確位置確實定。六、實驗步驟1調(diào)節(jié)自由落體裝置：將系有重物的細(xì)繩掛在支柱上作鉛垂線，調(diào)節(jié)三腳座螺釘使鉛垂線通過兩光控門的中心，以保證小鋼球下落時準(zhǔn)確地通過光控門；同時要從水平方向調(diào)節(jié)光控門，使光控門保持水平，以確保兩個光 控門之間的距離即是?,或勺值；此外還要保證光控門在每次移動之后都 擰緊，不能有松動現(xiàn)象2SSM-5C計時-計數(shù)-計頻儀的調(diào)試：接通電源，將功能選擇開關(guān)調(diào) 至計時，輸入信號分配開關(guān)SN指向2,將后面電壓輸出調(diào)至6V，檢查兩光 控門的光源是否對正光敏管，用手遮一下上光控門，計時開始，再遮一下光 控門，計時停止，即為正常3將 0A設(shè)置為 10.

5、00cm,使 OB =135.00cm.4將測速儀翻開，選擇“重力加速度功能，按“電磁鐵，將小球 吸住，保持小球靜止。5讀出67再按“電磁鐵鍵，小球自由下落，計時器開始計時。通過計時器15組實驗數(shù)據(jù),?g-?曲線，找出?gg,并計算此時的百連續(xù)測量5次，取平均值。 改變第二個光電門的位置，重復(fù)上述步驟，共得 得到15個不同的?08按計算公式(2)計算?g值,并將所得數(shù)據(jù)繪制成 最小的點，并確定相應(yīng)的？?。9利用已測數(shù)據(jù)找出與該？?最相近的數(shù)值，計算 分誤差保證小球下落時,注意：利用鉛垂線和立柱的調(diào)節(jié)螺絲，確保離住處與鉛直 兩個光電門遮光位置均相同測量時一定要保證支架穩(wěn)定、不晃動。路程 s的準(zhǔn)確

6、測量對實驗結(jié)果影響 很大。七、實驗數(shù)據(jù)處理1、取?= 10cm保持不變，那么？?=。2、取OB =135.00cm,測出此時的實驗數(shù)據(jù)如表1表1?測量數(shù)據(jù)表? cm?(ms)?22 (ms)? (ms)?(ms)?25(ms)?2i(ms)3、在保持？?不變的情況下，不斷改變？?的取值，并測出相應(yīng)的時間t，實驗 數(shù)據(jù)如表2所示。表2 ?測量實驗數(shù)據(jù)表? cm?1? (ms)? (ms)?1? (ms)?1? (ms)? (ms)?gms)80.311515根據(jù)式1、2分別計算出重力加速度g和其不確定度？g計算過程中,取厶s,其結(jié)果如表3所示表3重力加速度及其不確定度?1? cmg (m/ ?g

7、(m/?)圖2 ?g-?關(guān)系圖0.25000.20000.15000.10000.05000.0000020406080100? (cm)由圖2可以看出，當(dāng)?= 29.00cm時，重力加速度的不確定度最小, 于是得到？勺最正確值為29.00cm.此時，重力加速度為9.7593 m/?,由于長沙地區(qū)的重力加速度實際 值為00 m/?,于是百分誤差E=| - g| 100% | 9.7593 9.8100 | I。0.516%1.00%go9.8100于是實驗結(jié)果滿足實驗要求。最終得到? = 2cm時的重力加速度2g 9.8 0.1 m/s八、實驗結(jié)果與分析1、從以上實驗結(jié)果可以看出，對于不同的？

8、?的取值，重力加速度不確定度的變化有一定的規(guī)律，但是其中仍有局部點存在一定誤差；同時，雖然? = 2c m時重力加速度的不確定度最小，但相對來說重力加速度的百分誤 差仍然較大，其不確定度也較大。通過對實驗過程的分析，我們可以找 出以下幾種影響因素：視差。在測量?, ?勺時候，由于視線并未保證嚴(yán) 格水平，使讀數(shù)與實際距離有一定的差異。2、空氣阻力。在實驗過程中，小球下落會有空氣阻力，導(dǎo)致測出的值普遍 偏小，最終使重力加速度的值小于理論值。3、儀器自身的精準(zhǔn)度。儀器精準(zhǔn)度的大小會通過影響讀數(shù)間接影響實驗結(jié) 果。4、小鐵球的穩(wěn)定性。假設(shè)釋放時的小鐵球處于擺動狀態(tài)，那么會影響到計時 器的計時，引起誤差，可待小球較穩(wěn)定后再釋放。5、0A值的設(shè)定。OA值的設(shè)定會直接影響?, ? ?的大小，進(jìn)而影響不確定度的計算，并且還可能會對