用微電腦輸液泵測量重力加速度的方法探究

李漢全

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650092)

姜英虹

(昆明學院醫(yī)學院 云南 昆明 650214)

羅東保 吳惠

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650092)

重力加速度是物理學中一個重要的參量．地球上各個地區(qū)的重力加速度的數(shù)值，隨著該地區(qū)的地理經(jīng)、緯度和海拔的不同而稍有差異．一般地說，在赤道附近重力加速度數(shù)值最小，越靠近南北兩極，重力加速度的數(shù)值越大，最大值與最小值之差約為0.003．精確地測量重力加速度的分布情況，在物理學中具有極其重要意義，常見的測量重力加速度的方法有：單擺法[1]、自由落體法[2]、微幅擺法[3]等， 其中自由落體法是最準確、最直接的測量方法．滴水法[4]是自由落體法中最常用的一種方法，其實驗原理簡單、可操作性強，用高精度的測量工具測出下落的時間和高度，即可得出重力加速度．在采用滴水法測量重力加速度時，使前一滴水滴到燒杯底部且發(fā)出聲音的時刻，后一滴水恰好滴出(該操作需人為調(diào)節(jié)，存在較大誤差)，本文通過借助于醫(yī)用微電腦輸液泵直接測量滴速計算水滴下落的時間t，并用鋼尺測量下落的高度h，從而計算重力加速度g．

微電腦遙控便攜式輸液裝置系統(tǒng)為一種支撐平臺，其平臺表現(xiàn)為微電腦便攜式輸液泵，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和輸液管理相關(guān)軟件等對患者的輸液過程予以控制，從而對輸液的速度以及流量實施控制[5]．泵裝置是整個系統(tǒng)的“心臟”，是輸送液體的動力源醫(yī)用輸液泵一般采用的是指狀蠕動泵作為動力源．直接使用會帶來脈沖，不利于實驗操作．本實驗僅利用微電腦輸液泵作為滴速測量裝置，準確測量液體的滴速，從而計算水滴下落的時間t．

1 實驗原理

2 實驗儀器

微電腦輸液泵一臺，一次性輸液器一套，支架，燒杯，搪瓷片，鋼尺．

3 實驗步驟

(1)將微電腦輸液泵連好一次性輸液器并固定在支架上，去掉輸液器針頭，使滴口朝下．在瓶口正下方的地面上放置內(nèi)有搪瓷片的燒杯，如圖1所示．

圖1 微電腦輸液泵測量重力加速度的實驗原理圖

(2)調(diào)節(jié)好恰當?shù)母叨龋蜷_輸液器，調(diào)節(jié)輸液器中水的滴速，一邊聽水滴落在燒杯底部搪瓷片產(chǎn)生的響聲，一邊注視管口的水滴，反復(fù)調(diào)節(jié)使水滴與管口分離的時刻恰好為前一水滴撞擊搪瓷片發(fā)出響聲的時刻．連續(xù)觀察20～30滴均維持同步，即達到調(diào)節(jié)要求．

(3)讀出微電腦輸液泵的每分鐘的滴速n，用鋼尺測量下落的高度h．

(4)根據(jù)自由落體運動的規(guī)律可得：重力加速度g，即

4 實驗結(jié)果及分析

實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如表1所示，結(jié)果分布圖如圖2所示.

表1 微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數(shù)據(jù)及計算結(jié)果

圖2 微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數(shù)據(jù)分布圖

由圖2 (微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數(shù)據(jù)分布圖)得知：重力加速度分布的漸進方程為

y=0.007 3 x+9.730 1 (R2=0.380 9)

9.762 95m/s2．

5 結(jié)論

本文利用微電腦輸液泵測量重力加速度，設(shè)計原理簡單，通過實驗可測得昆明地區(qū)的重力加速度為9.76m/s2，該測量結(jié)果與真實值9.78m/s2相差較小，誤差為0.02，其誤差較小、精確度較高、可靠度較好．本實驗采用生活中的醫(yī)用輸液泵測量重力加速度，充分體現(xiàn)了物理學科“從生活中走進物理，從物理中走向社會”的課程理念，既能激發(fā)學生的學習興趣，又能引導(dǎo)學生積極思考，對中學物理重力加速度相關(guān)內(nèi)容教學有一定的借鑒作用．