實驗2-自由落體法測定重力加速度(詳寫)

《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髮W(xué)會用自由落體法測定重力加速度；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0.1ms），自由落體裝置（刻度精度0.1cm），小鋼球，接球的小桶，鉛垂線。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=v0t+1/2g該式中，s是物體在t時間內(nèi)下落的距離；v0是物體運動的初速度；g是重力加速度；若測得s,若使v0=0，即物體（小球）從靜止釋放，自由落體，則可避免測量v0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)-讓小球從O點處開始下落，設(shè)它到A處速度為v0，再經(jīng)過t1時間到達B處，令A(yù)B間距離為s1=同樣，經(jīng)過時間t2后，小球由A處到達B’處，令A(yù)B’間的距離為ss2=v0t2+1/2g圖1圖1實驗裝置圖g=2（s2t1-s1t2)/t1t22-t2t--------------------------------------------（1）上述方法中，s2,s1g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，采用求標值的方法來選擇最有利的條件，求出最佳操作范圍。經(jīng)實際推導(dǎo)，得：?g=式中，取?要使?g較小，則：?t，v0B的位置要盡量靠近頂端，B’的位置要盡量靠近底端。重點和難點1、重力加速度測量方法；2、保持支架鉛直；3、光電門最佳位置的確定。實驗步驟（1）調(diào)節(jié)自由落體裝置：將系有重物的細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s2,或s1的值（2）SSM-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OA設(shè)置為10.00cm,使OB’=135.00cm.（4）將測速儀打開，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）再按“電磁鐵”鍵，小球自由下落，計時器開始計時。通過計時器讀出t2（6）連續(xù)測量5次，取平均值。（7）改變第二個光電門的位置，重復(fù)上述步驟，共得15組實驗數(shù)據(jù)，得到15個不同的t1（8）按計算公式(2)計算?g值,并將所得數(shù)據(jù)繪制成?g-s1曲線，找出?g最小的點，并確定相應(yīng)的s（9）利用已測數(shù)據(jù)找出與該s1最相近的數(shù)值，計算g，并計算此時的百分誤差注意：利用鉛垂線和立柱的調(diào)節(jié)螺絲，確保離住處與鉛直。保證小球下落時，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的準確測量對實驗結(jié)果影響很大。七、實驗數(shù)據(jù)處理1、取s0=10cm保持不變，則v02、取OB’=135.00cm，測出此時的實驗數(shù)據(jù)如表1表1ts2（cmt21(t22t23t24t25t2(125.00376.09376.09376.04376.10376.12376.09在保持s0不變的情況下，不斷改變s1的取值，并測出相應(yīng)的時間t，實驗數(shù)據(jù)如表2表2t1測量s1（cmt11(t12t13t14t15t1(10.0056.8256.8356.8256.8056.8256.8215.0080.3080.2780.2980.3180.3480.3020.00100.88100.88100.86100.88100.90100.8823.00113.35113.34113.35113.34113.36113.3526.00124.49124.52124.50124.49124.48124.5028.00132.05132.06132.06132.03132.06132.0529.00135.04135.04135.03135.06135.05135.0430.00138.45138.47138.48138.47138.47138.4731.00142.34142.32142.35142.34142.35142.3432.00145.64145.65145.43145.63145.63145.6035.00155.54155.51155.52155.52155.52155.5237.00163.04163.04163.07163.00163.01163.0345.00187.43187.40187.43187.40187.52187.4467.00248.53248.55248.54248.55248.56248.5590.00303.30303.25303.32303.32303.29303.30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△s=0.5mm,△t=0.2ms）,其結(jié)果如表3所示表3重力加速度及其不確定度s1（cmg(m/s2?g(m/s210.009.79520.123515.009.84300.106320.009.74620.099623.009.85400.098226.009.81940.097528.009.86150.097729.009.75930.097530.009.73910.097731.009.80350.098232.009.76870.098435.009.73110.099637.009.89570.101545.009.78360.107667.009.84750.143590.009.78860.2352作出?g-s1圖像，結(jié)果如圖由圖2可以看出，當(dāng)s1=29.00cm時，重力加速度的不確定度最小，于是得到s1的最佳值為2此時，重力加速度為9.7593m/s2，由于長沙地區(qū)的重力加速度實際值為9.8100m/s2于是實驗結(jié)果滿足實驗要求。最終得到s1=29.00八、實驗結(jié)果與分析從以上實驗結(jié)果可以看出，對于不同的s1的取值，重力加速度不確定度的變化有一定的規(guī)律，但是其中仍有部分點存在一定誤差；同時，雖然s1=29.00cm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。視差。在測量s2,s1的空氣阻力。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。儀器自身的精準度。儀器精準度的大小會通過影響讀數(shù)間接影響實驗結(jié)果。小鐵球的穩(wěn)定性。若釋放時的小鐵球