重力加速度的三种测量方法

重力加速度的三种测量方法

摘要:本文采用滴水法，电磁打点计时器法，平衡法三种方法测量重力加速度。

关键词：滴水法，打点计时器，弹簧秤

引言：重力加速度g是一个重要的地球物理常数，地球上各个地区的重力加速度，随地球纬度和海拔高度的变化而变化。准确

地确定它的量值，无论从理论上、科研上还是生产上都有极

其重大的意义。对重力加速度多种测法的研究和分析，找出

最适合测量本地重力加速度的方法,将会使我们受到很多启发

和教益。

重力加速度的测量可以用滴水法，电磁打点计时器法，平衡法，单摆法，圆锥摆法，斜槽法，自由落体运动法等方法测量，本文详

细介绍前三种方法。

1.滴水法

（1）让水滴落到垫起来的盘子上，可以听到水滴每次碰盘子的

声音，仔细地调整水龙头的阀门，使第一滴水碰到盘的瞬间，同时

第二滴水正好从阀门处开始下落；

（2）从听到某个水滴的声音时开始计时，并数“0”，以后每

听到一次响声，顺次加1，直到数到n，计时停止，秒表上时间为t；（3）用米尺量出水龙头滴水处到盘子的距离为h，根据上述实验所

得的数据，计算出重力加速度的值；

（4）两滴水间的间隔即为水下落的时间，计数n,用时t秒,则

1次下落时间t'= n/t秒.利用自由落体运动公式h=gt'²/2可得

g=2hn²/t²。

2.电磁打点计时器法

（1）电磁打点计时器是一种使用低压交流的计时仪器，它的工

作电压是4～6V。电源频率是50Hz时，它每隔O．02s打一个点；

（2）用手拉住正确穿过打点计时器的纸带上端，纸带下端连接

重物，然后在接通4～6V的交流电源后,释放纸带，在纸带上就打出

一行小点，立即关闭电源；

（3）在纸带上选取能看清的一段，将某个能看清的点标为0，

以后每隔4个点标一个计数点；

（4）从0开始测量每相邻计数点间的位移分别记为S1、S2、

S3……S6，采用逐差法S4－S1=S5－S2=S6－S3=3gt2，这样能减少偶然误差，最后可得重力加速度的平均值

3.平衡法

（1）用物理天平测量5个已知质量的钩码；

（2）将所测钩码依次挂在弹簧秤下，等平衡后，读出弹簧秤上

的示数G，并记录；

（3）根据测量的G值和m值，做出G-m图像，求出图像的斜率，根据重力公式G=mg，则g=G/m，可知其斜率便为重力加速度g值。

4.三种实验方法测量结果的比较及结论

通过几种不同的实验方法，发现其测量的重力加速度均与理论上的有一定的误差。虽然这与实验所在地的高度，纬度及受到空气阻力有关，但也离不开操作过程中的实验误差。因此我们在实验过程中必须严格按照操作步骤，尽量把误差缩小到最小范围。

通过比较，可知三种方法中，滴水法最准确,平衡法的操作最简便。电磁打点计时器法准确度与操作简便处于两者之中。

用滴水法测量重力加速度时，虽然仪器操作简便，但如果要得到最佳的实验结果，在实验操作中有一些细节很难做到，比如调节阀门，让听到第一滴水声看到第二滴水刚刚离开阀门，这不仅是要动手能力强。而且要有很高的观察能力和反应能力，而这些细节对实验的影响力又很大，如果调试不准，会对实验带来很大的误差，所以要得到最佳的实验结果具有较大难度。还有空气的流动也会引入误差。

电磁打点计时器法操作及数据处理较困难，打点计时器打点时振针对纸带产生冲击和摩擦，这个冲击和摩擦既影响了纸袋的正常运动，又影响了振针的运动。每打一个点就会产生触头和纸，纸带和复写纸的摩擦，故实验误差较大。

平衡法的误差主要是由实验仪器的老化及人眼所读数据与真实数据间存在一定误差的引入，在实验过程中，我们用物理天平测量了已知钩码的质量，发现它与理论值具有一定的偏差，还有弹簧秤

的弹簧由于老化而弹力系数发生变化，因此测量的重力不准确，对测量结果带来很大误差，所以本方法只能用来粗侧。