自由落體實驗研究

張瑞芬 許樹勛

摘要：本文利用自由落體儀、雙光電門、毫秒計時器來獲取實驗數據，取代了中學階段用打點法的測量。通過定量研究自由落體運動的規律，從而歸納出用自由落體儀測重力加速度時光電門G1、G2放在何位置時，測量結果準確，填補了自由落體儀測量重力加速度確定G1、G2的位置的空白。

關鍵詞：自由落體；重力加速度；光電門

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2018）06-0127

一、引言

物理實驗，尤其是普通物理實驗的目的是為了增加學生的感性認識，從而加強學生對物理規律的進一步理解，并能將物理知識和實驗技術運用到實際中。對于理論課而言，實驗課是學生更感興趣的課程，學生發揮自己的主觀能動性，設計合理的實驗來驗證數據。

本文在做自由落體重力加速度實驗時，采用的是用電磁鐵吸合鋼球，斷電時鋼球釋放做自由落體運動。鋼球下落時經過兩個光電門，通過毫秒計時器記錄其時間，并測出兩光電門間的距離，根據測量的時間和距離來計算自由落體重力加速度，并確定了光電門G1、G2放在何位置時，測量結果準確。

二、儀器的結構

儀器的主體是鋁合金型材，主體正面鑲嵌標尺，用于測量高度h。主體上端裝有電磁鐵的吸球器，它的支架下端沿作為鋼球下落的起始位置指針，支架上還裝有兩個接線柱，用來與頻閃光源的同步輸出開關和實驗電源DC6V相連接。

三、實驗前的準備

實驗儀器按圖1所示，各部件組裝到位，并將實驗儀器的四芯插頭插入J0201-CHJ型數字計時器后蓋標注自由落體的插座上，接通計時器電源，計時器自動進入自檢程序，說明兩個光電門安裝與功能均正常。將電磁鐵吸球器支架下端沿置于標尺的0cm處，用重錘線調節好儀器的垂直度。

從上述的實驗中可以得出：當兩個光電門分別從（10.00cm，100.00cm）到（69.00cm，100.00cm）過程中，求得的重力加速度的平均值為9.902 m/s2；當兩個光電門分別從（10.00cm，120.00cm）到（69.00cm，120.00cm）過程中，求得的重力加速度的平均值為9.867 m/s2；當兩個光電門分別從（10.00cm，140.00cm）到（69.00cm，140.00cm）過程中，求得的重力加速度的平均值為9.804m/s2。所以在兩個光電門分別從（10.00cm，140.00cm）到（69.00cm，140.00cm）的位置時測得的重力加速度更為接近準確值，并且當G1在10.00cm和G2在53.00cm處時，所測的重力加速度的平均值為9.801m/s2。

五、總結

綜上所述，如果在普通物理實驗中適當改進實驗方法，不僅能使學生更好地掌握實驗的基本技能，提高實驗精度和實驗的直觀性，極大地提高學生實驗的興趣，更重要的是使學生親身體會到：雖然儀器不變，但由于方法不同可以他提高實驗數值的精確度。通過對實驗的分析與改進，以及使用毫秒計時器測重力加速度，測量精度大大提高，特別在做初速度為零時的實驗，誤差降到0.26%，與原來相比實驗效果相當滿意。

參考文獻：

[1] 陳毓芳，鄒延肅.物理學史簡明教程[M].北京：北京師范大學出版社，1986.

[2] 趙凱華，羅蔚茵.力學[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3] 沈克琦.物理實驗[M].北京：北京市高級中學出版社，2001.

（作者單位：①山西省忻州市岢嵐第四中學校 036300；②山西省忻州市岢嵐縣第一中學校 036300）