用物理实验测量“g”_砝码论文

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根据创新教育的要求,充分挖掘现行物理教材中实验的探索性因素,不断拓宽探索性实验设置的新路子,努力将已掌握的知识和规律创造性地运用到新的实验情景中去,培养学生的创新意识和实践能力,提高学生研究性学习的能力和合作精神。笔者在引导学生研究测定重力加速度数值时,首先让学生自行设计实验方法,然后组织学生进行实验误差分析,比较各方法的优缺点,收到了良好的效果,下面简略介绍同学们设计的测定重力加速度数值的几种物理实验方法。

一、用平衡法测“g”

分别用天平和弹簧测力计测出某物体的质量m和重力G,则有g=G/m。

二、用自由落体运动规律测“g”

方法一 用落体法。将钢球从某一高度h处自由下落,用秒表计时为t,则有g=(2h/t[2])。

方法二 用打点计时器和纸带。将打点计时器竖直固定放置,让重锤带动纸带自由下落,利用打点计时器打出一系列自然点,测出相邻的等时间内的位移分别为s[,0]、s[,1]、s[,2]、……、s[,n]、s[,n+1],则有

三、用气垫导轨测“g”

调节好气垫导轨的倾角θ,使得滑块m沿导轨运动时满足

mgsinθ=ma(1)

用计时器测得滑块在导轨上从静止开始移动s距离的时间t,根据

四、用平抛运动规律测“g”

用闪光照相机对小球做平抛运动的全过程进行拍照,当闪光的快慢为每秒30次时,由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动,设Δy为连续相等时间T=(1/30)s内竖直方向上的位移差,若算得物、像比例为k时,则有g=kΔy/T[2]。

五、用单摆测“g”

当摆角小于5°时,其单摆的周期公式为T=,只要测量摆长L,摆动次数n,摆动时间t,则有

若摆球质量分布不均匀,并且刻度尺的长度只有15cm,不宜用来直接测量摆长,可以采用改变摆长的方法。第一次用悬线长L[,1],第二次用悬线长L[,2],用这把刻度尺量出两摆长之差为ΔL(ΔL<15cm),分别测出较长的摆的周期为T[,1],较短的摆的周期为T[,2]。设小球重心位置到小球顶部的距离为r,根据单摆周期公式T[,1]=2π

六、用滴水法测“g”

调节水龙头,让水一滴一滴地流出,调整盘子的高度,使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在盘上的声音的同时,下一个水滴刚好开始下落。首先量出水龙头口离盘子的高度h,再用秒表计时,计时方法是:当听到某一水滴滴在盘子上的声音的同时,开始计时,并数“1”,以后每听到一声水滴声,依次数“2、3、4……”,一直数到“n”时,按下秒表按钮停止时,读出秒表的示数为t,则有g=(2(n-1)[2]h/t[2])。

七、用圆周运动测“g”

取一根细线穿过光滑的细直管,细线一端拴一质量为m的砝码,另一端连接在一固定的测力计上,手握细直管抡动砝码,使它在竖直平面内做完整的圆周运动,停止抡动细直管,砝码可继续在同一竖直平面内做完整的圆周运动,如图1所示。此时观察测力计得到当砝码运动到圆周的最低点和最高点两位置时读数分别为F[,1]和F[,2],则根据机械能守恒定律:

八、用连接体测“g”

利用如图2所示的装置,已知砝码P和Q的质量都为M,小砝码的质量为m,把小砝码放在砝码P上,系统平衡被打破、设P和小砝码下降加速度大小为a,砝码Q上升加速度大小也为a,测出时间t内砝码P通过的距离s,则有

(M+m)g-T=(M+m)a(1)

T-Mg=Ma(2)

s=(1/2)at[2](3)

联立(1)、(2)、(3)可得g=(2s(2M+m)/mt[2])。

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