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自由落体运动演示仪

编号
B01441

自由落体运动演示仪B01441

J2153-2重力加速度测试仪

使用说明书

一、概述:
自由落体仪(重力加速度测试仪)是基础力学实验的必备仪器。利用自由落体仪可进行定性观测和定量研究物体在自由下落状态的运动规律,从而达到教学演示和实验的目的。它与本厂生产的电脑计时器配合使用,适合学校进行物理分组实验或演示教学使用。

二、规格、技术指标:
1、仪  器 总 高:1.2m
2、实验有效高度:1.0m
3、电 磁 铁电源:5VDC
4、钢 球 直  径:12mm

三、仪器特点和结构:
本仪器主要由立柱、装有调节螺栓的支脚、光电门、电磁吸球器、钢球、接球网架、紧固螺钉组成。将支脚固定在立柱上,支脚上的螺栓用于调节立柱与地面的垂直度:立柱上端装有电磁吸球器。当电磁铁线圈导通时,电磁铁吸住钢球;切断时,钢球落下作自由落体运动;立柱上可安装两只光电门,光电门在立柱上的位置由所对应标尺的刻度决定。

四、实验原理:
自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动,根据自由落体公式:
              h=gt2/2           1
              g=2h/t2           2
只要测出物体下落的时间tt时间内物体下落的距离h,就可以得到重力加速度g

五、联动计时方式:
当计时器切断电磁铁电源、钢球下落开始计时,钢球经过第一只光电门时停止计时。钢球下部到第一只光电门之间的距离h和计时器所显示时间t,运用公式(2)即可求得重力加速度g
这种测量方式,公式简单,测算方便,但测得的重力加速度g,一般偏差较大,原因有:h的精确测量有困难,电磁铁有剩磁,电磁铁断电的瞬间,钢球并不立即下落,使t值的测量有误差。

六、双光电门计时方式:
01.png
如图所示,钢球沿垂直方向从0点开始自由下落,设它到达A点的速度为V1,从A点起,经过时间t1后钢球到达B点。AB两点间的距离为h1,则
             h1=V1t1+gt12/2       3
若保持上述条件不变,从A点起,经过时间t2后,钢球到B’点,AB’两点间的距离为h2,则
             h2=V1t2+gt22/2       4
公式(4×t1,公式(3×t2,两式相减得:
     h2t1- h1t2=gt22t1 -t12t2/2     5
     g=2h2/t2- h1/t1 )/t2 -t1     6
利用上述方法测量,将原来难于精确测定的距离h转化为测量差值,即(h2- h1),该值等于第二只光电门在两次实验中的上下移动距离,可由第二只光电门在移动前后标尺上的两次计数求得。而且解决了剩磁所引起的时间测量精度。测量结果要比联动计时方式精确的多。与标准重力加速度的相对误差为:

              δ=|g-g|/g≦1%

七、组装及使用:
1、组装:
   1)将三条支脚与底座连接坚固,再固定在立柱上,使其不能松动。
   2)将电磁吸球器、两个光电门、接球网架用紧固螺钉连接,固定在立柱上。
   详见安装示意图:
       02.png
2、作用:
    1)调紧直:将重锤悬挂在电磁吸球器左端的校正板挂钩上,两组光电门拉开一定距离,调节底脚螺栓,使重锤线在X和Y轴两个方向处于光电管正中,保证钢球下落过程中遮光位置的准确性,确保实验精度。
    2)接通计时器电源,并置于“计时”档(详见计时器说明书),打载电磁铁开关,将钢球吸于电磁铁中心。
    3)设置第一只光电门(位于上部)位置不变,将第二只光电门(位于下部)下移距离第一只光电门20cm,释放钢球,记录通过两光电门之间的时间t和距离h,重复测量三次。
    4)重复上一步骤,依次测量两只光电门距离为40,60,80,100cm所用的时间t,并记录。
    5)按公式(6)计算重力加速度g,并计算相对误差。

八、注意事项:
本仪器立柱系铝合金制品,在使用和存放时,请小心轻放。实验时阳光不要直接照射光电门,以免影响光电计时工作。

九、整机装箱部件清单:

序  号

名  称

数  量

01

说 明 书

1  本

02

立  柱

1  个

03

支  脚

1  套

04

附 件 袋

2  个