自由落体测重力加速度-简默成.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流自由落体测重力加速度-简默成.精品文档.荆楚理工学院课程设计成果学院: 数理学院 班 级: 11物本1班 学生姓名: 简默成 学 号: 2011409020141 设计地点（单位） 荆楚理工学院 四合院 设计题目: 自由落体运动测量重力加速度 完成日期： 2013 年 11 月 01 日 指导教师评语: _成绩(五级记分制): 教师签名: JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY专业课程设计自由落体运动测量重力加速度学 院 数理学院 专 业 应用物理学 年级班别 2011级 学 号 2011409020141 学生姓名 简默成 指导教师 周仙美 副教授 2013年11月1日目录摘要I0.前言II1.设计原理11.1原理推导11.2实验原理22.设计步骤22.1.步骤23. 记录及处理33.1.数据记录33.2.数据处理33.2.1逐差法33.2.2.g值得求解43.2.3.相对误差的计算44. 结论55.心得体会5参考文献6自由落体运动测量重力加速度摘要：对于所有物体无论大小或质量如何，在地面附近的同一地点下落时都将以相同的加速度落下。如果物体下落的距离远远小于地球的半径略去空气的影响则在整个下落过程中其加速度保持不变。物体在地面附近下落的加速度叫重力加速度。它是物理中一个重要参量。地球上各个地区的重力加速度的大小随该地区的地理纬度和海拔高度不同而稍有差异。研究重力加速度的分布情形在地球物理学中具有重要意义。本文是用落体法测量的，自由落体运动测重力加速度是大学普通物理实验之一1在传统的实验装置中用单方向缠绕的电磁控制装置对小球下降时会有所影响，本文将对这个问题作出解决。关键词：重力加速度;自由落体运动;电磁控制装置Free fall measuring acceleration of gravityAbscract:For all objects regardless of size or quality , near the same place of the ground they will fall down with the same acceleration. If the falling distance of the object is much smaller than the Earth radius neglecting air influnce of the process in which the acceleration remains constant . The acceleration of objects near the ground is called gravitational acceleration. It is an important parameter in physics. Various regions acceleration due to gravity on the planet with the size of the region's geographic latitude and altitude varies slightly different. Studying the distribution of the Earth gravitational physics is important. This article is a measurement of falling bodies, and the acceleration of gravity measured by free falling is one of the college physics experiment 1 experimental apparatus used in the traditional unidirectional winding of the electromagnetic control device for the drop of the ball will be affected, in this article this issue will be resolvedKey words: Acceleration of gravity ; The motion of free falling body ; Electromagnetic control device0.前言重力加速度g的测量对地球的地质结构的研究很重要，而测量重力加速度的方法有很多种，比如说单摆法2-3，气垫导轨法4，自由落体法5等。从测量的方法上考虑用落体法最为简单，本次设计我将着重讨论自由落体法。在有现代科技的支撑下，他不但变得简单方便，而精确度也有了大大的提高。说到这儿现在的实验都有用到高科技东西，我的实验中也有，它便是今天我们随处可见的传感器。关于传感器方面的信息，在此我就不多说了，本次课程设计中主要是用到了光电门。靠红外线感光来传递时间信息。这一项技术的引进使得我们的研究方便了很多。本次设计还将对传统装置做一个改进，传统的电磁控制装置的线圈是单方向缠绕的，这样的装置对下落的小球会有一定的牵制作用。对实验的精准会有所影响，对此我将做这样一个改装，在原有线圈的外层绕一个与原线圈极性相反的线圈断路后电磁装置不在对小球作用。此外，我还在实验装置上安装了一个水平尺，有了这个装置我们这个支架的垂直问题就不用担心了。1.设计原理1.1原理推导 自由落体的重力加速度由重力产生，称为重力加速度g，根本原因由万有引力产生，它与质量成正比，与距离的平方成反比。它是一个重要的地球物理常数。地球上各点的加速度数值，随该地的纬度、海拔高度及该地区地质构造的不同而不同。因而测量重力加速度对于地质勘探等具有很重要的意义。g值偏大的地方则可能埋藏着重矿物，反之g值偏小的地方则可能埋藏着盐类和石油。  自由落体仪主要由立柱、吸球器和光电门组成。如图1-1所示。立柱固定在平衡底座上，上端有一个吸球器，立柱上有米尺。两个光电门可以沿立柱上下移动。打开电磁控制器的开关，小球将被吸球器吸住，关闭开关小球脱离吸球器作自由落体运动。立柱上的光电门与计时仪联接。光电门由一个小的聚光灯泡和一个光敏管组成，聚光灯泡对准光敏管，光敏管前面有一个小孔可以接收光的照射。光敏门与计时仪是按以下方式联接的。即当两个光电门的任一个被挡住时，计时仪开始计时；当两个光电门中任一个被再次挡光时，计时终止计时仪显示的是两次挡光之间的时间间隔。图1-1自由落体远动实验装置1.2实验原理小球从A点沿竖直方向自由下落将两个光电门分别放在B、C处，记下B、C之间的距离S1和小球经过B 、C两点的时间间隔t1，有 （1）用t除两侧，得 （2） 又设x=t, ,得 （3）这是一直线方程，当测出若干不同s的值，用x=t和进行直线耦合，设所得斜率为b,则由可以求出g: （4）本次实验我们将要采用逐差法处理实验数据，必须使小球相邻两次的下落时间差相等，具体到本实验，就是小球下落时，下落时间必须按照t,2t,3t,4t,5t,6t,7t,8t变化。2.设计步骤2.1.步骤 打开计时仪的电源开关，四芯线两端分别接光电门和计时仪的光电插孔，注意四芯线插头和插孔的一一对应，不能插错方位 将功能指示选在“计时”位置处，计时仪左下角的次数选择拨到2.对光电门遮光时其数字显示正常，并能复位为零 调整自由落体仪支柱铅直，使摆球的悬线影正对光敏管位置,看水平尺是否水平，若未平则应调节底座上的螺丝使其水平，从而保证自由落体仪支柱铅直 将上端电门放在10cm处，使两光电门之间的距离1s为5cm，记录下小球通过此距离的时间 1t，时间显示时ms指示灯亮,说明记录的是毫秒,换算成秒作单位.测量5次；然后取时间的平均值，计为t，然后测量2t,3t,4t,5t,6t,7t,8t对应的高差，由于计时仪精确到0.001ms,在自由落体仪的米尺上难以找到某一刻线值与此对应，故在时间it的两侧找到对应的高差hi,然后取平均值作为该时间对应的高度差。 按要求计算出g的值及相对误差3. 记录及处理3.1.数据记录表一表3-1  光电法测g数据表 T1  T2  T3  T4  T5  平均值   t  2t  3t  4t  5t  6t  7t  8t 时间t/s  0.037228  0.074456  0.111684  0.148912  0.18614  0.223368  0.260596  0.297824 高度差  0.05   0.1141  0.1922  0.2841  0.3882  0.5061  0.6381  0.7841hi/m  0.05  0.1147  0.1928  0.2833  0.3888  0.5069  0.6387 0.7848 平均高差m  0.05  0.1144  0.1925  0.2837  0.3885  0.5065  0.6384  0.7844536.525ms  36.902ms  36.305ms  37.101ms  37.748ms      37.228ms  3.2.数据处理3.2.1逐差法 第一次逐差法： （5） （6） （7） （8） 第二次逐差法： （9） （10）3.2.2.g值得求解 （11） （12） （13）3.2.3.相对误差的计算 （14） （15）4. 结论 本次课程设计用的是自由落体法测重力加速度，在前人的基础上做了一些改进。效率还是挺好的，尤其是光电门的应用，大大提高了实验的精度，也使实验方便了不少。再者就是电磁控制器线圈的处理对系统误差的影响有所降低，消除了电磁控制器在断开后短时间内磁性对钢球的影响。使得实验中的小球能正常的做自由落体运动。本实验装置相对于其他同类实验而言简单快捷方便。而这一系列的特点正是我们所喜欢的。当然，它还是有很多地方是需要改进的如空气阻力等，这些都还有待改进。5.心得体会 本次课题设计主要是在锻炼我们的动手操作能力和体现我们的想法，这次课题的具体操作过程中让我萌发了不少想法。在每一次做的过程中都能有一些新的想法和疑问，在实现这些想法和解决这些疑问的过程中，使得我的思维更为活跃动手操作能力更为灵活。在查阅资料方面也让我长了不少见识，让我了解到了好多新奇的东西。看到好多东西我就在想，他们是怎么办到的呢？这人的智慧是不可想象的。能想到就能做到，你想不到的也有人能做到。再者，在后期论文的编写方面让我对word了解又多了几分，又学到了不少东西，如目录的制作。有了目录让我们对文档的查看和修改便利多了。参考文献 1普通物理实验1.力学、热学部分 （第四版） 高等教育出版社2007 6163 2吴小林约利秤测重力加速度及其不确定度的计算 实验科学与技术， 2004 ( 5)：2425 3顾芳， 张加宏， 顾斌等 用Excel研究单摆测重力加速度实验中的随机误差分布规律大学物理实验， 2011， 23（4）： 7274 4车立新， 白春雨， 刘晓萍重力加速度测量方法的比较与研究白城师范学院学报， 2007， 21（6）; 31345李继红， 张清早 用落体法测重力加速度的实验方案选择 物理通报，2009（3： 36376杨国仁， 王桂忠， 栾晓宁 自由落体实验仪的改进 物理实验，2010， 30（6）： 3436