多法測量重力加速度?

邱翠霞?王繼忠

摘 要：本文通過研究多種方法對重力加速度進行測量，開拓中學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識，比如滴水測定法、單擺測定法、彈簧振子法、光滑斜面測定法等等。

關(guān)鍵詞：重力加速度;測量;實驗創(chuàng)新

重力加速度是研究自由落體運動中的一個重要物理量，在中學(xué)物理中經(jīng)常用到，在物理學(xué)的研究史上，不少學(xué)者對它的大小進行過多次分析測定，認為它的大小不僅與地理位置有關(guān)、與地面高度有關(guān)，而且與地質(zhì)密度、地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，中學(xué)階段學(xué)了幾種測定重力加速度的方法，本人通過多年的學(xué)習(xí)、實驗，又總結(jié)課本之外的測定重力加速度的方法，實驗原理比較簡單，實驗器材簡單，實驗步驟簡單，操作簡單，既可以粗略測量，又可以精確計算，即可供同學(xué)們在校內(nèi)討論，又可以在課外活動中作為參考。同學(xué)們通過親自找器材，做實驗，分析數(shù)據(jù)，能加深對重力加速度的認識，同時，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，對當代中學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升有一定幫助。

一、滴水測定法（自由落體法）

1.在自來水水龍頭下1.0米左右的位置，放一水槽，把一個大瓶口的金屬蓋倒扣到水槽里，使水槽與金屬蓋中間形成一個空腔，當水滴到金屬蓋上時，便發(fā)出了清脆的聲音。

2.調(diào)節(jié)水龍頭上的閥門，使水滴從閥門落到金屬蓋的時間正好等于從閥門滴下水滴的時間間隔（在下落距離為1.0米左右時，平均每分鐘約有130～140個水滴從閥門滴下）

3.測出下落高度為h，50個水滴下落和時間t，水滴間的時間間隔為T，利用計算式g=2h/T2便可測出重力加速度g值。

二、打點測定法（實驗裝置同驗證機械能守恒）

1.使重錘拖著穿過打點計時器的紙條豎直下落，紙條上被打下一系列的點。

2.在紙帶上把每打五次點的時間作為時間單位

（T=0.1秒）再任意選取幾個（至少7個）連續(xù)計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離S1、S2、S3、S4、S5、S6。

3.通過推導(dǎo)可得計算式g=（S4-S1）/3T2，代入所測數(shù)值.可求出g值（為了使得的g值更接近g的正確值，本文各測定法均需連續(xù)實驗多次，再求平均值得出結(jié)果）? =[（S6+S5+S4）-（S1+S2+S3）]/9T2

三、單擺測定法

1.在1米左右的細線下，吊一個直徑約20毫米的小鋼球，構(gòu)成一個單擺.量出懸線長為l，用游標卡尺測出小球的直徑為d，

2.把單擺從平衡位置拉開一個很小的角度（擺角在10度以下，然后放開小球，讓其自由擺動，用秒表測出該擺擺動n=50次所用的時間為t秒）

3.根據(jù)單擺振動周期公式可建立等式

代入所測之值，可求得g值.

四、圓環(huán)擺測定法

1.用鐵絲制一個金屬圓環(huán)，測量出圓環(huán)直徑（也可用其它環(huán)代替）

2.將圓環(huán)放于一刀刃上，讓環(huán)在環(huán)所在平面內(nèi)擺動。

3.測出環(huán)擺動50次的用時間t，求周期T=t/50

4.由公式T=2π? ? ? ? 變形可求重力加速度

五、彈簧振子測定法

1.把彈簧的上端固定在鐵架臺上測出原長x0

2.將質(zhì)量為m的重錘掛在彈簧下端，測出彈簧伸長后的長度x（此時的位置作為平衡位置）算出彈簧的伸長⊿x=x-x0則mg=k（x-x0）

3.在彈性限度內(nèi)，把振子豎直向上拉離平衡位置后釋放，用秒表測出完成50次全振動的時間t，求出振子的振動周期T=t/50

4.根據(jù)簡諧振動周期公式T=2π把K、T代

入上式變形得g=? ? ? ? ? ? ? ? =

六、光滑斜面測定法

1.AB為一長玻璃板，用木塊搭成斜面，再用米尺量出該斜面的長為l，高為h.

2.把一小鋼球放到斜面的頂端，然后讓它從靜止開始下滑用秒表記下鋼球沿斜面下滑的時間t

3.列出小球沿斜面下滑的加速度計算式

把代入上式，便可得到g=

七、加速下落測定法

1.AB為兩個完全相同的砝碼，用細線通過定滑輪跨于兩邊，其質(zhì)量均為M，在A上放一個小砝碼C，其質(zhì)量為m.先使AB靜止在同一個水平面上，測出砝碼距地面的高度h，然后釋放左邊砝碼，用秒表測出左邊砝碼下落時間t

2.設(shè)系統(tǒng)的加速度為a，繩的張力為T根椐牛頓第二定律，對左/邊的砝碼列方程（M+m）g-T=（M+m）a（1）

對右邊的砝碼列方程T-Mg=M（2）

又h=at2/2（3）

由（1）（2）（3）得g=2h（2M+m）/mt2

由上式可計算出重力加速度g的數(shù)值

以上各種方法簡單且容易操作，材料也容易找到既鍛煉了學(xué)生的動手能力，又開拓了學(xué)生的視野，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生物理學(xué)科科學(xué)素養(yǎng)。實驗基本能滿足中學(xué)生的要求，有興趣的同學(xué)可以自己對實驗進行改進創(chuàng)新。這些內(nèi)容也告訴我們，物理實驗創(chuàng)新要從多方面入手，比如實驗原理，實驗器材，實驗儀器，實驗步驟，數(shù)據(jù)分析，結(jié)論處理等等。也希望老師們參考，如有不妥請批評指正。