測量重力加速度的創(chuàng)新方法

陳小磊

摘 ? 要：文章介紹了利用兩球自由落體結(jié)合聲波傳感器測量重力加速度的創(chuàng)新方法，即雙球落體法。此法操作簡單，原理易懂，結(jié)果準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效果較好。

關(guān)鍵詞：測量重力加速度;創(chuàng)新方法;雙球落體法

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）6-0050-2

測量重力加速度是高中物理實(shí)驗(yàn)中比較重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，常用的方法有自由落體法、單擺法等。本文另辟蹊徑，利用兩球同時(shí)自由落體，結(jié)合DISLab聲波傳感器計(jì)時(shí)，可以較準(zhǔn)確地測出重力加速度，筆者將此法稱為“雙球落體法”。

1 ? ?實(shí)驗(yàn)原理

小鐵球1、2用長為L的細(xì)線連接，其中球1在下，球2在上。手持球2，細(xì)線拉直，球1距地面高度為h，地面墊一塊方木板（圖1）。將兩球同時(shí)由靜止釋放后做自由落體運(yùn)動，球與木板相碰有撞擊聲，可用聲波傳感器分別記錄下球1、球2落地撞擊木板的聲波振幅-時(shí)間關(guān)系圖像（圖2），將圖像放大可找出兩球與木板撞擊瞬間對應(yīng)的時(shí)刻t1、t2（可精確到10-4 s），則兩球落地時(shí)間差：

2 ? ?實(shí)驗(yàn)過程

①將小球1、2用細(xì)線相連，手提球2將球1豎直懸掛，用米尺測量兩球底部間距離L;

②在小球正下方地面上墊一塊方木板，用米尺測量球1底部距木板的高度h;

③打開聲波傳感器，將小球釋放，記錄兩球落地撞擊木板的聲波圖，找出兩球落地瞬間對應(yīng)的時(shí)刻t1、t2（圖2），計(jì)算Δt=t2-t1并記入表中，重復(fù)操作，得到3組數(shù)據(jù);

3 ? ?結(jié)果與討論

根據(jù)以上操作，舍去偏差較大的數(shù)據(jù)，得到表1，重力加速度的平均值為9.8785 m/s2。實(shí)驗(yàn)所在地為泰州市區(qū)，位于北緯32°49'，海拔約為2.6 m，重力加速度精確值為9.796 m/s2，相對誤差約為9.97‰，結(jié)果比較準(zhǔn)確。

本實(shí)驗(yàn)需要特別注意，小球落至木板會輕微彈跳多次撞擊木板，在記錄撞擊時(shí)間時(shí)要注意準(zhǔn)確找出兩球下落后首次撞擊對應(yīng)的時(shí)刻，即撞擊瞬間聲波放大圖上應(yīng)取波形最前端起始點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻記錄t1、t2，否則會引起一定的誤差。

4 ? ?總 ?結(jié)

本實(shí)驗(yàn)采用了兩個(gè)小球做自由落體運(yùn)動，故取名為“雙球落體法”，此法測量中最關(guān)鍵的物理量是“Δt”，即能否準(zhǔn)確記錄兩球落地的時(shí)刻成為該實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。筆者在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，聲波傳感器能通過波形顯示聲音強(qiáng)弱隨時(shí)間變化的規(guī)律，且點(diǎn)擊圖像上任意一點(diǎn)，即可得該點(diǎn)對應(yīng)的振幅和時(shí)刻，那就可以通過小球與木板的撞擊聲經(jīng)由聲波圖像找到兩球落地時(shí)刻，同時(shí)聲波傳感器計(jì)時(shí)精度達(dá)到10-4 s，一定程度上減小了實(shí)驗(yàn)的誤差。

筆者在開設(shè)的校本課程《DIS》中將本方法介紹給學(xué)生，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也得到了較準(zhǔn)確的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王梅，宗曉瑋.用DIS測量重力加速度g值的四種方法及比較[J].物理教學(xué)探討，2015，33（10）：54-56.

[2]許紅，王建中.利用聲音傳感器測量重力加速度[J].物理實(shí)驗(yàn)，2008（2）：17-18.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）