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摘 要：在物理实验中,对同一个物理量进行测量可以有多种方法.介绍了利用DIS系统测量重力加速度g值的四种不同的方法,并指出每个方法各自的优点和缺点.
关键词：DIS系统；实验方法；重力加速度g
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）10-0054-4
重力加速度是中学物理中一个非常重要的常数,和力学中很多知识点都有密切联系,因此测定它数值的方法也有很多,比如单摆法、自由落体法、滴水法、重力法、斜面法等等.[1]在物理学中,用多种方法解决同一问题是非常常见的.不同的方法根据不同的实验原理和器材,产生的误差原因也不相同.
1 用单摆法测重力加速度g
实验原理
在摆角很小的条件下,单摆的摆动可以看成是简谐运动,其运动的周期公式为T等于2π.此公式推导可得g等于4π2L/T2.因此,我们只要求出单摆的周期T和摆长L,就可以得到重力加速度g值.
实验过程：
（1）将光电门传感器接入数据采集器的第一通道,确保传感器定位在单摆的平衡位置.
（2）点击“光电门设置”,将挡光片设置为“单摆”.
（3）调整单摆摆长和光电门传感器的位置,使摆球可以通过光电门传感器并顺利挡光,如图1.
（4）打开“计算表格”,让摆球摆动,点击自动记录中的“开始”,表格将记录下单摆的周期,记录20个周期左右后,点击“结束”.
（5）测量单摆摆长L.单摆摆长为摆球球心到悬挂点的长度,本次试验中L等于0.52 m.
（6）点击“变量”选择变量名称L,并赋默认值为摆线长度,点击“公式”,调用“力学”公式库中的“单摆测重力加速度”公式,确定公式变量对应表格项,计算出重力加速度的值.
（7）本次实验结果如表1：
误差分析
本次实验所在地南京的重力加速度为g等于9.7949 m/s2.可以比较得知,所测数据小于当地实际值.
分析造成实验误差的原因,由于DIS测量单摆,是将小球从第一次挡光开始,到第三次挡光结束作为一个周期的时间.这里的计时和真实的单摆运动周期不一样,多了一个小球通过光电门的时间,使得测得的周期T偏长,从而造成g值偏小.要减小这个误差,就必须在保证挡光物体质量较大（减小空气阻力的影响）的同时尽量减小它的体积.[2]解决的办法是在单摆摆球下面固定一根细针,刚好让细针作为挡光物体通过光电门.细针对单摆的影响可以忽略不计,此时细针的运动周期和摆球的运动周期相同,且细针通过光电门的时间很短,可以忽略不计.实验的另一个误差的来源是在测量单摆摆长L中产生的,此处单摆的摆长为摆球球心到悬挂点的长度,即等于摆线长度和摆球半径之和,摆线长度较容易测量,但摆球半径只有通过间接测量的方式来测量,误差较大.
2 用光电门传感器测重力加速度g
实验原理
由自由落体运动规律v-v等于2gs,得g等于（v-v）/2s.将一个工字型挡光片做自由落体运动.设挡光片的两前沿距离为s,挡光片上下两叉的宽度都为L,两叉挡光的时间分别为t1、t2.由于L足够小,挡光片通过光电门的时间很短,可以认为挡光片通过过程为匀速直线运动,即有两叉通过光电门的速度分别为v1等于L/t1,v2等于L/t2.
实验过程
（1） 测量挡光片上下两叉的宽度L等于1.0 cm,挡光片两前沿的距离s等于9.0 cm.
（2） 将光电门传感器固定在铁架台上,保持其水平并接入数据采集器第一通道.
（3） 打开“计算表格”,选择“自动记录”,点击“开始”.
（4） 自光电门传感器上方释放挡光片,使其自由垂直落下,并确保挡光片上下两叉顺利通过光电门并挡光,如图2.
（5）重复实验步骤（3）多次,记录多组数据,将数据导入Excel表格中进行计算.
（6） 根据公式计算出相应的g值,得到的结果如表2：
误差分析
挡光片在下落过程中容易发生偏转,使得两叉在下落过程中并不平行,从而使测得的两叉挡光时间误差较大.因此,在将挡光片自由下落时,一定要保证两叉片平行.实验中另一误差可能来源于挡光片下落过程中受到的阻力.挡光片应由密度较大的材料制成（例如铁片）,这样可以减小空气阻力因素的影响.
3 用位移传感器测重力加速度g
实验原理
用位移传感器发射器做自由落体运动,位移传感器接收器固定在铁架台上,当传感器发射器下落时,描绘记录下自由落体的s-t图线.由自由落体运动中位移和时间的关系s等于gt2,对时间一次求导有s"等于gt,此时,直线的斜率即为g值.
实验过程
（1）将位移传感器接收器垂直向下固定在铁架台上,接入数据采集器第一通道.
（2）打开“组合图线”窗口,点击“添加”,选取“时间-位移”.
（3）打开发射模块的电源,使其和接收模块正对,如图3.将发射模块自由下落,并用手接住,防止模块摔坏.
（4） 因下落时间极为短暂,故s-t图线近乎垂直.利用软件的“自由坐标”功能将图线在横轴方向进行适当的拉伸,以便于观察和分析.
（5）在s-t图线上选择“有效区段”,对有效区段进行“二次多项式拟合”,发现拟合图线和实测图线完全重合,说明位移s和运动时间t为二次方关系.
（6）对拟合图线进行“求导”,导数曲线为一条直线,即速度和时间的关系为线性关系,如图4.
（7）对“求导曲线”进行“线性拟合”.本次实验拟合图线的直线方程为：
y等于925.7630x+（-1204.123）.
总结:本论文为免费优秀的关于重力加速度论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
参考文献：
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