实验一 自由落体重力加速度的测定

实验一自由落体重力加速度的测定

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、仪器组成

YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪、YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计、钢球、卷尺等

三、仪器结构

1. YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒

计面板如图l所示

2. 自由落体测定仪如图2所示

四、实验原理

在重力作用下，物体的下落运动是匀加速直线运

动．可用下列方程来描述：

式中s是在时间t内物体下落的距离．g是重力加速度．如果物体下落的初速度为0，即Vo=0时，

可见若能测得物体在最初t秒内通过的距离S，就可以

估算出g的值，在实验中要严格保证初速度为零有一定

的困难.,故常采用下列方法：实验时，让物体从静止开

始自由下落．如图3所示，设它到达A点的速度为V0.

从A点开始，经过时间t1到达B点，令A、B两点的距

离为S1.，

则

若保持上述的初始条件不变，则从A点起，经过时

间t2后．物体到达C点．令A、C两点的距离为S2．则

由式3和式4得：

以上两式相减，得：

那么就有

这里不再出现初速度值，式中的各值均可用自由落体测定仪测量得到．

五、实验步骤

1．调节自由落体仪垂直．将重锤装置安装好，调整底座上的调节螺旋，使重锤悬线与落体仪两立柱平行．

2．将第一光电门放在立柱A处．如离顶端20cm处，调第二光电门于B处．如两光电门相距90cm处，将实验装置上的激光器、接收器与YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计连接，打开电源，可看见激光器发出红光．

3．调节上、下两个激光器。使激光束平行地对准重锤线后，取下重锤装置．

4．保持上、下两个激光器位置不变，调节上、下两个接收器分别与对应的激光器对准(使激光束垂直射入接收器入射孔)，直至用手指通过上、下两光电门时，专用毫秒计能正常计时．

5．按动YJ-LG-3自由落体重力加速度测定仪专用毫秒计功能键(使用方法见附录)，选择计时精度为0.0001s，(测完一组数据后，按动复位键归零)．

6．用手指托住钢球至落球定位孔，迅速松开手指，记录钢球自由下落通过上、下两光电门的时间t1。

7．用卷尺置于两光电门之间，测出两激光束之间的距离S1。

8. 重复以上步骤，测量八组数据，求平均值．

9．重复以上步骤，改变两光电门距离，用卷尺置于两光电门之间，测出两激光束之间的距离S2，测量八组t2数据，求平均值．

10．将实验数据填入下表．并按式(8)计算重力加速度g．求其误差．

六、思考题

1．应用22

1gt h =求重力加速度．为什么会产生误差? 2．用式(8)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(8)测g 时，

(1) A 要靠近顶部，即V 0要小．

(2) C 要靠近底部。即t 2要小．

(3) B 的位置有一个最佳值，根据所用仪器的实际数据，估算B 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A 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A 点的瞬时速度问：能不能由公式t

d u = 和gh u 22=测g?（h 是小球自由下落到A 点的距离）。

附录：毫秒计的使用

[一]、技术指标

l 、显示方式：5位LED 数码管

2、计时范围：0.0ms---100min

3、光电输入：双路、2门

4、电源电压：AC 220(±10％)V

[二]、工作原理

本机以单片微机为中央处理器，并编入自由落体重力加速度实验相近适应的数据处理程序．采用激光光电门触发和手动计时．通过功能选择复位键输入指令，由中央处理器处理。LED 数码显示屏显示测量结果．

[三]、按键的功能：

1、功能键：用于量程的选择．反复按下功能，可选择适当的量程．

2、启动键：用于手动计时，按下启动键毫秒计开始计时，再次按下启动键毫秒计停止计时．

3、复位毽：用于毫秒计的复位，每按下复位键一次，毫秒计都会显示0．