重力加速度的測量實驗裝置

② 設計性物理實驗氣墊導軌測重力加速度

【試驗目的】：

1．研究測重力加速度的方法；

2．測量本地區的重力加速度。

【實驗原理】：

當氣軌水平放置時，自由漂浮的滑塊所受的合外力為零，因此，滑塊在氣軌上可以靜止，或以一定的速度作勻速直線運動。在滑塊上裝一與滑塊運動方向嚴格平行、寬度為 的擋光板，當滑塊經過設在某位置上的光電門時，擋光板將遮住照在光敏管上的光束，因為擋光板寬度一定，遮光時間的長短與滑塊通過光電門的速度成反比，測出擋光板的寬度 和遮光時間 ，則滑塊通過光電門的平均速度為：

若 很小，則在 范圍內滑塊的速度變化也很小，故可以把平均速度看成是滑塊經過光電門的瞬時速度。 越小，則平均速度越准確地反映該位置上滑塊的瞬時速度，顯然，如果滑塊作勻速直線運動，則滑塊通過設在氣軌任何位置的光電門時瞬時速度都相等，毫秒計上顯示的時間相同，在此情形下，滑塊速度的測量值與 的大小無關。

若滑塊在水平方向受一恆力作用，滑塊將作勻加速直線運動，分別測出滑塊通過相距S的2個光電門的始末速度 和 ，則滑塊的加速度：

g=asina.

【待測物理量】：

V〈物體運動速度〉、a〈物體運動加速度〉、g〈本地區的加速度〉、 、 、 〈物體在兩光電門之間的運動時間〉．

【實驗儀器及其使用介紹】：

氣墊導軌、數字毫秒計、滑塊、游標卡尺、墊塊。

一、氣墊導軌

氣墊導軌是一種現代化的力學實驗儀器。實物如右圖所示：

它利用小型氣源將壓縮空氣送入導軌內腔。空氣再由導軌表面上的小孔中噴出，在導軌表面與滑行器內表面之間形成很薄的氣墊層。滑行器就浮在氣墊層上，與軌面脫離接觸，因而能在軌面上做近似無阻力的直線運動，極大地 減小了以往在力學實驗中由於摩擦力引起的誤差。使實驗結果接近理論值。配用數字計時器或高壓電火花計時器記錄滑行器在氣軌上運動的時間，可以對多種力學物理量進行測定，對力學定律進行驗證。

1、導軌

導軌是用三角形鋁合金材料製成。可以調整其平直度，常把它用螺絲固定在工字鋼上，導軌長1.50~2.20 m，兩側面非常平整，並且均勻分布著許多很小的氣孔。導軌一端封閉，上面裝有定滑輪，另一端有進氣嘴，通過皮管與氣源相連。當壓縮空氣進入導軌後，從小氣孔噴出，在導軌和滑塊之間形成空氣層，導軌和滑塊兩端都裝有緩沖彈簧，使滑塊可以往返運動。工字鋼底部裝有3個底腳螺絲，用來調節導軌水平，或將墊塊放在導軌底腳螺絲下，以得到不同的斜度。

2、滑塊

圖2-13 滑塊裝置

滑塊是在導軌上運動的物體，一般用角鋁製成，內表面經過細磨，能與導軌的兩側面很好的吻合。當導軌中的壓縮空氣由小孔噴出時，垂直噴射到滑塊表面，它們之間形成空氣薄層，使滑塊浮在導軌上（圖2-13）。根據實驗要求，滑塊上可以安裝擋光板、重物或砝碼。滑塊兩端除可裝緩沖彈簧外，也可裝尼龍搭扣及輕彈簧。

3、光電轉換裝置

圖2-14 光電轉換裝置

光電轉換裝置又稱光電門，由聚光燈泡和光敏管組成（圖2-14）。聚光燈泡的電源由數字毫秒計供給， 圖2-14光電轉換裝置只要接通毫秒計電源開關，聚光燈泡即可點亮，發出的光束正好照在光敏管上，光敏管與數字毫秒計的控制電路連接。當光照被罩住時，光敏管電阻發生變化，從而產生一個電信號，觸發毫秒計開始計時；當光照恢復或光照又一次被遮住（視數字毫秒計的工作狀態而定），又產生一個電信號，使毫秒計停止計時。毫秒計顯示出一次遮光或兩次遮光之間的時間間隔。

4、注意事項

氣軌是一種高精度實驗裝置，導軌表面和滑塊內表面有較高的光潔度，且配合良好。因此，各組導軌和滑塊只能配套使用，不得與其他組調換，實驗中要嚴防敲碰、劃傷導軌和滑塊（特別是滑塊不能掉在地上）；不得在未通氣時就將滑塊在導軌上滑動，以免擦傷表面；使用完畢，先將滑塊取下再關氣源；導軌和滑塊表面有污物或灰塵時，可用棉紗沾酒精擦拭乾凈；導軌表面氣孔很小，易被堵塞，影響滑塊運動，通入壓縮空氣後要仔細檢查，發現氣孔堵塞，可用小於氣孔直徑的細鋼絲輕輕捅通；實驗完畢，應將軌面擦凈，用防塵罩蓋好。

二、數字毫秒計

數字毫秒計時器簡稱為數字毫秒計。

是一種能夠准確測量橫斷時間間隔的及時毫秒計，測量的最短時間間隔可達到百萬分之一秒（0.1ms）。實驗室通常配用的是JSJ_3A型的數字毫秒計，它採用cmos集成電路，利用石英晶體穩定的震盪特性產生10kz電脈沖，即每秒鍾內產生一萬個脈沖，兩個脈沖之間的間隔是一萬分之一秒。我們把相鄰脈沖的時間間隔稱之為時基。振盪經分頻後，除保留10kz脈沖外，還得到1kz電脈沖。由三者構成時基脈沖信號（即時基分別為0.1ms，1ms和10ms）。用這些脈沖在開始計數和停計數的時間間隔內推動計數器計數，即一個脈沖一個數。從停止到計這一段時間計數器的所記的數由顯示窗口顯示出來。由此得時間為數字窗顯示的數值乘以時基。實物如右上圖所示：

JSJ——3A數字毫秒計面板如右圖所示，

其各建名稱及其功能如下:

控制方式選擇開關：該開關上標有「機控」·「光控」。機控是指用機械接觸來控制開關的通與開，從而控制毫秒機的及時與停機；光控是指用光信號控制計時與停計。本實驗用光控及時方法，即測量須將選擇開關拔至光控一端。

計時方式選擇開關：開關上標有「A」和「B」。選擇開關置於A時，毫秒計的計時時間顯示的時光照被遮擋時開始計時，遮擋結束時計時停計。當選擇開關置於B時，毫秒級顯示的是光敏管被兩次遮擋的時間間隔，即邁著當任何一隻光敏管時，計時開始，當任何一隻光敏管被又一次遮擋時，及時停止。

清零方式選擇開關：為了便於讀出計時結果，根據測量的不同需要，毫秒計數字的時間可以長久保留，也可以短暫保留。當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字，只有在按動手動復位按鈕放可消除。否則會長時間保留下去，並會累加到毫秒計以後的時間數字上。當該選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字經過一定時間間隔後會自動回零。

延時按鈕：當清零方式選擇開關置於「手動」位置時，數字窗中顯示的時間數字保留的時間長短由此按鈕控制。旋轉此鈕時，顯示時間的長短在0~3s間連續可調。

手動復位：當輕靈方式選擇開關置於0.1s，1ms，10ms三種，由測量需要而選擇適當檔位。時基補通，對應顯示數字所代表的時間長短不同，其儀器的最大誤差也不同。例如，數字窗中顯示數為2677，對於時基為0.1ms，時間為2677×0.1ms=267.7ms，為0.1ms;而對於時基為1ms，則時間為2667×1ms=2667ms，為1ms。

注意：在軌道沒有充氣的情況下，不要將滑塊拿下或取下，更不要在導軌上滑動滑塊！

③ 如圖所示為測量重力加速度的實驗裝置．裝置包括：固定在水平底板上帶有刻度的直桿；三個可通過螺絲固定在

④ 物理實驗：用單擺測重力加速度的方法與原理

原理：單擺在擺角小於5度時的震動是簡諧運動，其固有周期為T＝2派根號l/g
得出g=4派的平方l/t的平方。所以，只要測出擺長l和周期T，就可以算出重力加速度。
方法：1.在細線一段打上一個比小球上的孔徑稍大的結，將細線穿過球上的小孔做成一個單擺
2.將鐵夾固定在鐵架台上方，鐵架台放在桌邊，使鐵夾伸到桌面以外，使擺球自由下垂。
3.測量擺長：用游標卡測出直徑2r，再用米尺測出從懸點到小球上端的距離，相加
4.把小球拉開一個角度（小於5度）使在豎直平面內擺動，測量單擺完成全振動30到50次所用的平均時間，求出周期T
5.帶入公式求出g
6.多次測量求平均值
注意：1.細線在1m左右，細，輕，不易伸長。小球密度要大的金屬，直徑小。最好不要過2cm
2.小於5度
3..在一個豎直平面內，不要形成圓錐擺

⑤ 用如圖1所示的實驗裝置測量重力加速度．實驗所用的電源為學生電源，輸出電 壓為6V的交流電和直流電兩種．

（1）打點計時器使用的是交流電源，使用打點計時器應接到電源的「版交流輸出」上．測量物權體的重力加速度，不需要測量重錘的質量；在實驗時應先接通電源，再釋放重錘．故選：BCD．
（2）根據s2?s1＝a?(2T)2，解得a=