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大學物理實驗中的復擺測量重力加速度實驗,一般采用一條有等間距圓孔的細長擺桿,擺桿表面標有豎向刻度,在實驗中將擺桿的其中一個圓孔懸掛在支架上進行擺動,記錄該圓孔到擺桿中心的距離和該圓孔懸掛時的擺動周期,然后在坐標紙上作圖,利用圖解法進行數據處理并計算重力加速度。
復擺測量重力加速度實驗數據處理的方法是以懸掛點到擺桿質心的距離h為橫坐標,以該懸掛點時測得的擺動周期t為縱坐標,在坐標紙上描出測量點,然后描出一條平滑的曲線連接各個測量點或者使測量點均勻分布在曲線的兩邊,形成h-t關系圖,然后畫一條平行于橫坐標軸的直線,該直線與曲線相交于四點,即獲得四個擺動周期相同的懸掛點。通過四點對應橫坐標的坐標值h1、h2、h3、h4計算出等效擺長l`,從而由公式gt2/(4p2)=l`計算重力加速度g。
在實際操作過程中上述廣泛采用的復擺測量重力加速度實驗存在如下困難,一是周期曲線是描摹的曲線,與擬合直線不同的是,描繪一個準確無誤的曲線對于初學者十分困難;二是描摹的周期曲線與真實曲線存在偏差,所以平行于橫坐標軸的直線與周期曲線相交的四點,其坐標值也必然存在偏差;三是由于測量點是離散的數據,橫坐標間隔一般為2cm,這樣的間隔現實中難以找到4個周期相同的測量點。綜上,現有測量加速度實驗存在較大偏差,且數據測量和處理過程也較為繁瑣耗時。
測量重力加速度的實驗方法,該方法數據處理簡單方便,可以準確的獲得重力加速度數值。圓柱砝碼測量重力加速度的實驗方法由以下步驟組成:
1、取n個半徑為r1高為h的圓柱砝碼i,測量一個圓柱砝碼i繞其頂表面水平中心軸做小角度擺動時的擺動周期,而后在其下表面逐一固定連接另一個圓柱砝碼i,形成多個圓柱砝碼i首尾相連組成的擺桿,每連接一個圓柱砝碼i后測量一次擺桿小角度擺動時的擺動周期,設當擺桿由x個圓柱砝碼i組成時,擺桿的擺動周期為;
2、取n個半徑為r2高為h的圓柱砝碼ii,已知r2大于r1,重復步驟1,設當由x個圓柱砝碼組成的擺桿小角度擺動時的周期為;
3、設,計算對應圓柱砝碼數量x的yx值,獲得n個數據點:(1,)、(2,)……(n,);
4、以砝碼數量x為橫軸,以y為縱軸建立坐標系,將數據點(x,y)繪制在坐標系中,擬合n個數據點獲得斜線,計算斜線的斜率為k;
5、利用,即可計算出重力加速度g。
本方法圓柱砝碼i和圓柱砝碼ii均為n個高為h的圓柱形重物,其中n為不小于10不大于15的整數,每個圓柱砝碼i或圓柱砝碼ii相互間首尾可以固定連接。
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