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实验2自由落体法测定重力加速度(详)

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自由落体法测定重力加速度 一、 实验描述:重力加速度是物理学中重要的物理参量,它是地球对地球表面的物体的万有引力的一个分力产生的。本实验中通过竖直安放的光电门测量自由落体的时间来求重力加速度的,如何提高测量精度和正确使用光电计时器是本实验实验设计的重要环节。 二、 实验目的 (2) 学会用自由落体法测定物体的重力加速度 (2)用误差分析的方法,学会选择最有利的测量条件减小测量误差 三、 实验原理 在重力作用下,物体的下落运动时匀加速直线运动,其运动方程为 s=0v t + 1/2g2t 公式(1) 式中 s 时物体在 t 时间内下落的位移;v0 是物体运动的初速度;g 是重力加速度。若测出 s,v0,t,则可以求出 g 值。 如果 v0=0,即小球从静止开始下落,可使公式简化,但由于 s 测量不准,t 也测量不准(由于有剩磁而测量时间 t 大于实际时间)。而且也无法精确知道小球经过光电转换架时挡光的位置。因此我们采用下面的方法。 如图 2-3 所示,小球从 O 点开始下落,到 A 处的速度为V0,经过 t1 到达 B 处,AB=S1,经过 t2 后到达 B’处,AB’=S2.则有公式: S1= 0v1t + 1/2g21t s2= 0v2t + 1/2g22t 公式(2) 由上式得出:g=1211222211222112)//(2)(2tttststttttsts 公式(3) 上式即为本实验的测量公式。将光电转换架 E1 放在 A 处不动,首先将光电装换架E2 放在 B 处进行测量,测量并计算 s1,t1,再将光电转换架 E2 放在 B’进行测量,测量并计算 s2,t2,即可根据公式(3)求出 g 值。这样既可以有效避免测量距离的困难。 测量结果的好坏还与很多因素有关,但当测量仪器选定之后,选取合理的测量参数可以提高精确度。由于上式中 g 与 s1,s2,t1,t2,有关,所以 g 值的不确定度与光电转化架的位置有关。根据不确定度绝对值的合成公式,采取求标值对的方法选出最有利的测量条件,求出最佳范围。 根据误差的算术合成公式可得 ∆ g=| ᵱᵅᵱᵆ1|∆ ᵆ1+| ᵱᵅᵱᵆ2|∆ ᵆ2+| ᵱᵅᵱᵆ1|∆ ᵄ1+| ᵱᵅᵱᵆ2|∆ ᵄ2 公式(4) 进行简化后得: 12211204)11()(2ttgttttvgtts 公式(5) 由上式可知: st  , 要小,这可以通过多次测量和选择高精度仪器来解决, v0 要小,即光电门 E1 的位置 A 应尽量靠近顶部(S0 要小,但要有利于操作方便), t2 要大,即光电转换架的位置 B’要尽量放在立柱底部....

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