气垫导轨测量重力加速度实验报告

学科分类号（二级） 140.15

本科学生毕业论文（设计）

题 目 基于DISlab用气垫导轨测 重力加速度 姓 名 学 号 院、 系 专 业 指导教师 职称（学历）

基于DISlab用气垫导轨测重力加速度

摘要：测量重力加速度实验是一个很重要的物理实验，本文应用位移传感器和气垫导轨测量当地的重力加速度，并且探讨了在一定角度范围内（?<11o）用此方法测量的重力加速度的精确度和气垫导轨的倾斜角度之间的关系，并分析了其中误差的来源。

关键词：气垫导轨；位移传感器；重力加速度 1 引言

测量重力加速度实验一直是物理学中比较重要的一个实验，孙景华和高允峰用单摆法测量重力加速度实验[1][2]，都是测量数据后用作图法处理数据。张雄老师也用单摆来测量重力加速度，只是他采用最小二乘法求线性相关系数，求出一次项的系数（斜率），此即重力加速度[3]。但是用单摆实验求得的重力加速度的误差都很大。沙振舜和周进等提出

物理实验指导书：

《物理实验指导书》是2005年高等教育出版社出版的图书，作者是徐建中。本书主要收录了物理实验思路和方法等为培养学生科学的思维方法和探索精神。

内容简介：

《教育部规划中等职业学校文化课教材:物理实验指导书(修订版)(工科各专业通用)》编写了教育部2000年颁布的《中等职业学校物理教学大纲（试行）》所规定的全部学生实验（包括基础模块和选修模块）共21个。每个实验都明确了实验目的、实验原理和操作要求，重视实验的思路和方法，规范了实验报告。在实验过程中提出问题并配以一定量的思考题，以启发学生思考，培养学生科学的思维方法和探索精神。

目录：

绪论

实验一游标卡尺的使用

实验二金属圆柱体密度的测定

实验三测定玻璃的折射率

实验四测定凸透镜的焦距研究凸透镜成像规律

实验五验证定质量理想气体物态方程

实验六测定运动物体的速度和加速度

方法一用气垫导轨测运动物体的速度和加速度

方法二用打点计时器测运动物体的速度和加速度

实验七互成角度的两个共点力的合成

实验八验证牛顿第二定律

方法一用气垫导轨验证牛顿第二定律

方法二用打点计时器验证牛顿第二定律

实验九验证动量守恒定律

方法一用气垫导轨验证动量守恒定律

方法二用碰撞仪验证动量守恒定律

实验十验证机械能守恒定律

方法一用气垫导轨验证机械

一、 复摆法测重力加速度

一．实验目的

1. 了解复摆的物理特性，用复摆测定重力加速度， 2. 学会用作图法研究问题及处理数据。

二．实验原理

复摆实验通常用于研究周期与摆轴位置的关系，并测定重力加速度。复摆是一刚体绕固定水平轴在重力作用下作微小摆动的动力运动体系。如图1,刚体绕

?为固定轴O在竖直平面内作左右摆动，G是该物体的质心，与轴O的距离为h，其摆动角度。若规定右转角为正，此时刚体所受力矩与角位移方向相反，则有

M??mghsin?， (1)

又据转动定律，该复摆又有

?? ， （2） (I为该物体转动惯量) 由（1）和（2）可得M?I??????2sin? ， （3） ?其中?2?mgh。若?很小时（?在5°以内）近似有 I?????2? ， （4） ?此方程说明该复摆在小角度下作简谐振动，该复摆振动周期为

T?2?I ， （5） mgh设IG为转轴过质心且与O轴平行时的转动惯量，那么根据平行轴定律可知

I?IG?mh2 ， （

一、 复摆法测重力加速度

一．实验目的

1. 了解复摆的物理特性，用复摆测定重力加速度， 2. 学会用作图法研究问题及处理数据。

二．实验原理

复摆实验通常用于研究周期与摆轴位置的关系，并测定重力加速度。复摆是一刚体绕固定水平轴在重力作用下作微小摆动的动力运动体系。如图1,刚体绕

?为固定轴O在竖直平面内作左右摆动，G是该物体的质心，与轴O的距离为h，其摆动角度。若规定右转角为正，此时刚体所受力矩与角位移方向相反，则有

M??mghsin?， (1)

又据转动定律，该复摆又有

?? ， （2） (I为该物体转动惯量) 由（1）和（2）可得M?I??????2sin? ， （3） ?其中?2?mgh。若?很小时（?在5°以内）近似有 I?????2? ， （4） ?此方程说明该复摆在小角度下作简谐振动，该复摆振动周期为

T?2?I ， （5） mgh设IG为转轴过质心且与O轴平行时的转动惯量，那么根据平行轴定律可知

I?IG?mh2 ， （

实验报告

一、实验目的

利用单摆来测量重力加速度

二、实验原理

单摆在摆角小于10°时的振动是简谐运动，其固有周期为T=2π ，由此可得g= 。据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值。

由此通过测量周期T,摆长l求重力加速度

三、实验设备及工具

铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表等。

四、实验内容及原始数据

（一）实验内容

1．在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结，将细线穿过球上的小孔，制成一个单摆。

2．将铁夹固定在铁架台的上端，铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，把做好的单摆固定在铁夹上，使摆球自由下垂。

3．测量单摆的摆长l：用游标卡尺测出摆球直径2r，再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l'，则摆长l=l'+r。

4．把单摆从平衡位置拉开一个小角度（不大于10°），使单摆在竖直平面内摆动，用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间，求出完成一次全振动所用的平均时间，这就是单摆的周期T。

5．将测出的摆长l和周期T代入公式g= 求出重力加速度g的值。

（二）原始数据

1．用游标卡尺测量钢球直径2r

n 1 2 3 4 5

大物实验报告

用凯特摆测量重力加速度

化学物理系04级 龚晓李 PB04206002

2005-12-5

实验目的：学习凯特摆的实验设计思想和技巧，掌握一种比较精确的测量重力

加速度的方法。

实验原理：

实验仪器：

实验内容：1、当摆幅很小时，刚体绕O轴摆动的周期：

刚体质量m，重心G到转轴O的距离h，绕O轴的转动惯量I，复摆绕通过重心G的转轴的转动惯量为IG 。 当G轴与O轴平行时，有I=IG+mh2 ∴ ∴复摆的等效摆长l=( IG+mh2 )/mh 2、利用复摆的共轭性：在复摆重心G旁，存在两点O和O´，可使该摆以O为悬点的摆动周期T 与以O´为悬点的摆动周期T 相同，可证得|OO´|=l，可精确求得l。 3、对于凯特摆，两刀口间距就是l，可通过调节A、B、C、D四摆锤得位置使正、倒悬挂时得摆动周期T ≈T 。 ∴4π²/g=(T ²+T ²)/2l + (T ²-T ²)/2(2h -l) = a + b 凯特摆、光电探头、米尺、数字测试仪。 1、仪器调节

选定两刀口间得距离即该摆得等效摆长l，使两刀口相对摆杆基本对称，并相互平行，用米尺测出l的值，粗略估算T值。

精心整理

实验名称：单摆测重力加速度

一． 实验目的

1. 用单摆测重力加速度； 2. 研究随机误差的特点； 3. 学习电子停表的使用。

二． 仪器用具

单摆装置、卷尺、游标卡尺、电子停表等。 三． 实验原理 单摆的运动方程为 当摆角θ很小时（如θ<5°），sinθ≈θ，上式成为常见的简谐运动方程 式中,ω与周期T的关系为，周期 则 四.实验数据记录与处理 1.悬点到小球悬垂态最低点的距离=90.87次数 1 90.85 2 90.86 0.02cm,小球直径d=19.46mm。 3 90.85 90.87 0.02 4 90.90 5 90.89 ,

2.测量摆动20次所需时间t

次数 t 1 38.10 2 38.12 ,，l=89.90±0.02cm

3 38.10 38.11 0.02 4 38.09 5 38.14 来源网络，仅 供个人学习参考

精心整理

,则

,

五.结论，误差分析

1.结论

2.误差分析(1)测量摆动周期时，人的观测需要反应时间，用秒表记录时也有时间延迟； (2)测量摆长、直径时存在读数误差； (3)试验中默认sinθ=θ,实际二者存在差异。

来源网络，仅 供个人学习参考

大物实验报告

用凯特摆测量重力加速度

化学物理系04级 龚晓李 PB04206002

2005-12-5

实验目的：学习凯特摆的实验设计思想和技巧，掌握一种比较精确的测量重力

加速度的方法。

实验原理：

实验仪器：

实验内容：1、当摆幅很小时，刚体绕O轴摆动的周期：

刚体质量m，重心G到转轴O的距离h，绕O轴的转动惯量I，复摆绕通过重心G的转轴的转动惯量为IG 。 当G轴与O轴平行时，有I=IG+mh2 ∴ ∴复摆的等效摆长l=( IG+mh2 )/mh 2、利用复摆的共轭性：在复摆重心G旁，存在两点O和O´，可使该摆以O为悬点的摆动周期T 与以O´为悬点的摆动周期T 相同，可证得|OO´|=l，可精确求得l。 3、对于凯特摆，两刀口间距就是l，可通过调节A、B、C、D四摆锤得位置使正、倒悬挂时得摆动周期T ≈T 。 ∴4π²/g=(T ²+T ²)/2l + (T ²-T ²)/2(2h -l) = a + b 凯特摆、光电探头、米尺、数字测试仪。 1、仪器调节

选定两刀口间得距离即该摆得等效摆长l，使两刀口相对摆杆基本对称，并相互平行，用米尺测出l的值，粗略估算T值。

三线摆测量重力加速度

三线摆法测量重力加速度

一.实验目的

1. 学会用三线摆测量物体的转动惯量。 2. 学会用积累放大法测量周期运动的周期。

3. 学会利用转动惯量的平行轴定理测量当地的重力加速度。

二. 实验仪器

转动惯量测试仪，秒表，游标卡尺，物理天平，卷尺，水平仪。

三. 实验原理

图一 是三线摆实验装置的示意图。上、下圆盘均处于

上圆盘 水平，悬挂在横梁上（图上未

画出）。三个对称分布的等长

r A 悬线将两圆盘相连。上圆盘固

定，下圆盘转动角很小，且略去空气阻力时，扭摆的运动可以近似的看作简谐运动。根据能量守恒定律和刚体的转动定律均可以导出物体绕中心轴AB的转动惯量（推导过程

B 见后）：

R H I0?m0gRr2T0 （1-1） 24?H0下圆盘 挡光杆 式中各物理量的含义如下：

m0为下盘的质量

图一 三线摆实验示意图

r、R分别为上下悬点离各自圆盘中心的距离

H0为平衡时上下盘间的垂直距离

T0为下盘作简谐运动的周期，

g为重力加速度。

若质量为m的物体绕通过其质心轴EF的转动惯量为Ic，当转轴平行移动距离x时（如图二），则此物体对新轴CD的转动惯量为I?Ic?mx。这一结论称为转动惯量的平行轴定理。

2E

x C

实验：用单摆测定重力加速度

1明确实验目的，理解实验原理；通过实验，探究单摆的周期与摆长及重力加速度的关系。

2.自主学习，小组合作探究，学会使用秒表，掌握实验步骤，并能正确进行实验操作

3.激情投入，领会科学探究中严谨、务实、友好合作的精神和态度

重、难点：实验原理的理解；实验数据的处理。

课前预习案

一、实验目的

1．利用单摆测定当地的重力加速度．

2．巩固和加深对单摆周期公式的理解．

二、实验原理

单摆在偏角很小(如小于5°)时的摆动，可以看成是简谐运动．其固有周期为T＝2π ，g由此可得g= .据此，只要测出摆长l和周期T，即可计算出当地的重力加速度值．

三、实验器材

长约1 m的细线、稍重的带孔小铁球1个、带有铁夹的铁架台1个、米尺1把、秒表1块、游标卡尺．

四、实验步骤

1．做单摆。让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个线结，做成单摆，如图所示．把线的上端用铁夹固定在铁架台上，把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，在单摆平衡位置处做上标记．

2．测摆长。用米尺量出摆线长度l′，精确到毫米，用游标卡尺测出摆球的直径d，即得

dd出小球半径为，计算出摆长l＝l′＋. 22

3．测周期。把单摆从平衡位置处拉开一个很小的