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时间:2018-07-27
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1、渤海大学本科毕业论文重力加速度几种测量方法的比较摘要:重力加速度是物理学中的一个十分重要的物理量,在地面上不同的地区,重力加速度g值不相同,它是由物体所在地区的纬度、海拔等因素决定,随着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、还是科研上、生产上以及军事上都有极其重大的意义。测量重力加速度的方法有很多,我所要做的就是通过学习前人的理论知识,经过思考,在现有的实验室条件下,进行实验,做出归纳和总结,提出自己的看法与体会。且实验方法虽然多,但有的测量仪器的精确度受环境因素的影响比较大,不是每种方法都适用,所以有必要对测量方法进行研究,找出一种适合测量本地重
2、力加速度的方法。一、重力加速度的测量方法(一)用自由落体法测量重力加速度1.实验仪器:自由落体装置(如图一),数字毫秒计,光电门(两个),铁球。图一自由落体装置2.实验原理、步骤、注意事项23渤海大学本科毕业论文实验原理:设光电门A、B间的距离为,球下落到A门时的速度为,通过A、B间的时间为,则成立:(1)两边除以,得:(2)设,,则:(3)这是一直线方程,当测出若干不同的值,用和进行直线拟合,设所得斜率为,则由可求出,(4)实验步骤:(1)调节实验装置的支架,使立柱为铅直,再使落球能通过A门B门的中点。(2)测量A、B两光电门之间的距离。(3)测量时间。(4)计算各组的,值
3、,用最小二乘法做直线拟合,求出斜率及其标准偏差、(注意:在取的时,由于立柱调整不完善,落球中心未通过光电门的中点,立柱上米尺的误差均给值引入误差,也是的不确定度来源,一般此项不确定度(B类评定)较小,可略去不计,所以)。(5)计算及其标准不确定度。注意事项:23渤海大学本科毕业论文(1)利用铅垂线和立柱的调节螺丝,确保离住处与铅直。保证小球下落时,两个光电门遮光位置均相同。(2)测量时一定要保证支架稳定、不晃动。路程的准确测量对实验结果影响很大3.实验数据以及处理表一自由落体法测重力加速度数据表1156.3030.000.1919156.302222.7250.000.224
4、5222.723288.6970.000.2521288.694325.5290.000.2765325.525370.17110.000.2972370.176409.89130.000.3172409.89根据上表用最小二乘法做直线拟合,得:∵∴所以重力加速度的测量结果:(二)用单摆测重力加速度1.实验仪器:单摆,停表,钢卷尺,小球。装置如(图二)。23渤海大学本科毕业论文图二单摆装置2.实验原理、步骤、注意事项实验原理:用长线把小球吊在支架上,构成一个单摆。用米尺测出摆线长,用游标卡尺测出小球直径。用秒表测出个周期所用时间,根据单摆周期公式:(5)得:(6)求出的即为重
5、力加速度。注意事项:(1)选择材料时应选择细轻又不易伸长的线,长度一般在1m左右,小球应选用密度较大的金属球,直径应较小,最好不超过2cm。(2)摆长应是摆线长加小球的半径(3)单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上,应夹紧在铁夹中,以免摆动时发生摆线下滑,摆长改变的现象。(4)注意摆动时摆角不能过大,摆角的角度应满足。23渤海大学本科毕业论文(5)摆球摆动时,要尽量使之保持在同一个竖直平面内,以免形成圆锥摆。(6)从球通过平衡位置时开始计时,因为在此位置摆球速度最大,易于分辨小球过此位置的时刻。实验步骤:(1)用米尺量出悬线长,准确到毫米,已知小球半径为1cm。(2)把单摆从
6、平衡位置拉开一个角度()放开它,用秒表测量单摆完成30次全振动所用的时间,求出完成一次全振动所需要的时间。反复测量五次,取单摆周期平均值。(3)把测得的周期和摆长的数值代入公式,求出重力加速度g的值来。3.实验数据以及处理表二单摆法测重力加速度数据表12345摆动次数3030303030次摆动的时间小球半径:摆长:周期:重力加速度:由数据得:所以重力加速度的测量结果:23渤海大学本科毕业论文(四)用倾斜的气垫导轨测重力加速度1.实验仪器:气垫导轨(如图五),游标卡尺,智能数字测时器,光电门,垫块。图五气垫导轨装置图2.实验原理、步骤实验原理:倾斜轨上的加速度与重力加速度的关系
7、:设导轨倾角为,滑块质量为,则,由于滑块有气层的内摩擦,式中的比例系数,称为粘性阻尼常量,所以有,整理后有与的关系为:(12)实验步骤:(1)导轨调平:调平导轨本应是将平直的导轨调成水平方向,但是实验室现有的导轨都存在一定的弯曲,因此调平的意思是指将光电门A、B所在两点,调到同一水平线上。(检查调平的要求:①滑块从A向B运动时>:相反时>②由A向B运动时的速度损失,要和相反运动时的速度损失尽量相接近。)(2)求粘性阻尼常量,23渤海大学本科毕业论文(13)(14)(3)保持、、不变,抬高导轨一端(如图六
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