旋转液体测重力加速度的研究

《旋转液体测重力加速度的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、盐城师范学院毕业论文（设计）旋转液体测重力加速度的研究摘要：本文通过对旋转液体反射的原理以及斜率法的综合运用，从而对重力加速度g进行了测量。研究旋转液体浓度与重力加速度之间的存在的关系，利用origin软件找出不同浓度液体测g值得拟合，并对旋转液体反射方法所得g值与当地g值比较，给出最好的重力加速度测量方法，得出最准确的液体浓度。关键词：旋转液体；重力加速度；浓度；抛物面方程1引言:重力加速度通常用g表示，一般取9.80。它是一个非常重要的地球物理常数，其值随着地理纬度和海拔高度的不同而不同。准确测定不同地区的重力加速度在理论上、生产上以及

2、科学研究中都具有重要的意义。对重力加速度的多种不同测量方法及它们各自的设计思想和实验技巧等进行分析研究，将会加深我们对物理实验的基本思想、方法和技能的掌握，培养实验设计能力和创造性思维。所以重力加速度在大学物理实验中是重要的一个基本物理实验。根据盐城所在的纬度为北纬33022’，经度为东经120012’，我们能够得出盐城本地重力加速度为9.798.光是一种人类眼睛可以见到的电磁波。在科学的定义上，光有时候是指所有的电磁波谱。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性和波动性，或称为波粒二象性。光遇到水面、玻璃等其他许多物体的表面都会发生反

3、射，光线从一种介质斜射入另一种介质时，方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。本专业为光电技术，所以选用了旋转液体这一实验进行研究。旋转的液体有许多独特的物理特征,比如盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面.由于旋转液体的表面是一个非常理想的抛物面，同时旋转液体能很好地反射光线，故而能起反射镜的作用第11页共11页盐城师范学院毕业论文（设计），从而测重力加速度。而本文探讨的是在温度不变，液体浓度不一的情况下，因此导致液体的粘滞系数不同得出最接近于本地重力加速度的液体浓度。FB805型旋转液体综合实验仪是此次

4、实验电子仪器，该仪器配备了半导体激光器、霍尔传感器结合单片机测量转动周期等技术。可用于测重加速度，测量焦距与液体折射率；研究测量转速和液面形状及液面光学特性的关系等。2.旋转液体斜率法测重力加速度盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面.由于旋转液体的表面是一个非常理想的抛物面，同时旋转液体能很好地反射光线，故而能起反射镜的作用，从而测重力加速度。运用旋转液体测量重力加速度的基本原理，通过实验学习用旋转液体激光束平行转轴入射测斜率法求重力加速度的方法，使用自准直法对实验仪器的调节，并测量转速和液面形状及液

5、面光学特性的关系进而找出在温度不变的情况下旋转液体浓度与本地重力加速度之间的关系。2.1原理及操作盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面。抛物面的参数与重力加速度和旋转角速度有关，利用此性质可以测重力加速度；旋转液体的上凹面可作为光学系统加以研究,还可测定液体折射率等。经实验发现,当圆柱体中的水旋转时,水会沿着圆柱体壁上升。定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。液体相对于参考系静止，任选一小块液体，其受力如图2。为沿径向向外的惯性离心力，为重力，为这一小块液体周围液体对它

6、的作用力的合力，由对称性可知，第11页共11页盐城师范学院毕业论文（设计）N必然垂直于液体表面。在坐标下则有：图2实验原理图Figure2Experimentalschematic根据图2有：（2-1）为旋转角速度，为处的的值。此方程式是抛物线方程，可见液面为旋转抛物面。在实验系统中，一个盛有液体半径为的圆柱形容器绕该圆柱体的对称轴以角速度匀速稳定转动时，液体的表面形成抛物面，如图3所示。设液体未旋转时液面高度为，液体的体积为：（2-2）因为液体旋转前后体积保持不变，旋转时液体体积可表示为：第11页共11页盐城师范学院毕业论文（设计）（2-

7、3）由（2-2）、（2-3）式得：（2-4）联立（2-1）、（2-4）可得，当时，，即液面在处的高度是恒定值。图3实验示意图Finger3Experimentalschematicdiagram如图3所示，激光束平行转轴入射，经过BC标示的透明屏幕，打在的液面A点上，反射光光点为C，A处切线与转轴方向的所成的夹角为，则，测出透明屏幕至圆桶底部的距离为H、液面静止时为h，以及两光点BC之间的间距d，则，求出的值。因为，在处有因为，所以(2-5)或可作tanθ~ω2曲线，求斜率，可得，求出第11页共11页盐城师范学院毕业论文（设计）内容及操作要

8、点（2）旋转液体配制及操作安全配置浓度为1%-25%的透明液体，通过浓度计算的方法计算出所需各物品的质量，分别用天平测出水与食盐晶体的重量。实验时，不要直视激光束,也不要直视经准