祝馭航
(江蘇省南京市二十九中高三4班,江蘇 南京 210036)
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利用數(shù)碼相機(jī)測(cè)量重力加速度
祝馭航
(江蘇省南京市二十九中高三4班,江蘇 南京 210036)
筆者根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律,推導(dǎo)了重力加速度與下落過(guò)程中兩個(gè)位置點(diǎn)的速度及時(shí)間的關(guān)系,利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能,在家中完成重力加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn).
重力加速度;連拍功能;實(shí)驗(yàn)測(cè)量
重力加速度是高中物理的一個(gè)基本知識(shí)點(diǎn),在學(xué)校老師帶領(lǐng)我們用小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、長(zhǎng)木板等實(shí)驗(yàn)工具測(cè)量重力加速度.但因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器屬于專用儀器,這個(gè)實(shí)驗(yàn)通常只能在實(shí)驗(yàn)室中完成,其實(shí)在家中我們也能利用身邊常見的工具測(cè)量重力加速度.在老師的指導(dǎo)下,筆者利用數(shù)碼相機(jī)的連拍功能,在家中進(jìn)行了重力加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn).
利用照相機(jī)的連拍功能測(cè)量重力加速度,其基本做法是獲取自由落體相對(duì)固定的時(shí)間間隔,同時(shí)記錄自由落體的運(yùn)動(dòng)徑跡,獲取自由落體的位移數(shù)據(jù).利用自由落體運(yùn)動(dòng)和重力加速度的基本計(jì)算方法,如果已知自由落體下落過(guò)程中4個(gè)點(diǎn)的位置,并且知道這4個(gè)點(diǎn)的時(shí)間間隔,就可以計(jì)算出重力加速度g.
器材:數(shù)碼相機(jī)(本實(shí)驗(yàn)所用相機(jī)為索尼DSC-HX60)、三腳架、縫紉機(jī)用軟尺、小球.
裝置:如圖2所示,將軟尺用膠帶粘在墻上,照相機(jī)固定在三腳架上.索尼DSC-HX60相機(jī)能以每幀約0.1秒的速度連續(xù)拍攝10張照片,利用此連拍功能以及直尺可以記錄小球自由下落過(guò)程中每隔0.1秒的位移,即上述h1、h2、h3、h4的具體值.
(1) 時(shí)間間隔Δt的確定
DSC-HX60連拍的時(shí)間間隔約為0.1秒,但是測(cè)量重力加速度需要知道較為精確的連拍時(shí)間間隔,否則,測(cè)量誤差太大.
表1
(2) 拍攝小球的下落過(guò)程
利用圖2所示的裝置拍攝小球做自由落體運(yùn)動(dòng)的下落過(guò)程.將相機(jī)調(diào)整到連拍狀態(tài),按下拍攝按鈕,當(dāng)聽到快門聲音時(shí)立刻釋放小球,就可以拍到小球下落到不同位置的多張照片,選擇4張相連的照片就可以確定拍攝這4張照片時(shí)小球的位置h1、h2、h3、h4,本次實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了8次測(cè)量,圖3是第二次連拍中的4張照片.
圖3
在讀取連續(xù)四張照片小球位置之后就可以用本文中的公式計(jì)算重力加速度g.表2為小球下落過(guò)程中的4個(gè)位移以及計(jì)算得出的重力加速度.
表2
從互聯(lián)網(wǎng)上查得南京地區(qū)的重力加速度為9.7949m/s2,因此,本次測(cè)量結(jié)果與南京本地的重力加速度存在一定誤差,相對(duì)于南京本地重力加速度的誤差值見表3.
表3
由于運(yùn)動(dòng)中的小球在照片上會(huì)產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象,小球本身有體積,很難確定一個(gè)固定的點(diǎn)作為每次讀取位置的標(biāo)準(zhǔn),這使得小球位移的讀數(shù)會(huì)出現(xiàn)誤差.由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)便易操作,測(cè)得的數(shù)據(jù)又比較準(zhǔn)確,適合在家中完成.