实验名称
研究自由落体运动的规律
实验目的与要求
1.进一步练习使用打点计时器;
2.研究自由落体运动的规律;
3.会求解重力加速度g;
实验原理
1.如果物体做匀变速直线运动,那么通过连续相等时间的位移之差是一个定值,即;
2.自由落体运动的本质是一个初速度为零,加速度为g的匀加速直线运动,重力加速度g可以由v-t图像求出。
实验器材
电火花打点计时器(电磁打点计时器)、学生电源、导线、墨粉纸盘(复写纸)、纸带、夹子、钩码两个、刻度尺、坐标纸。
实验步骤
1.将铁架台放在桌子的边缘处,将打点计时器固定在铁架台上,并连接好电路。安装打点计时器时要使得两个限位孔在同一条竖直直线上,以减小摩擦阻力;
2.纸带下端用夹子夹好,在夹子下方挂上钩码,用手托住钩码,调整纸带穿过限位孔并拉到最上方;
注意:应选用质量和密度较大的重物,质量大的物体重力大,同质量下密度大的物体体积较小,可以有效减少空气阻力带来的影响。
实验装置示意图
3.接通电源,先打开打点计时器,待其稳定工作后再将手松开纸带,纸带离开后立即关闭打点计时器,关闭电源,取下纸带;
注意:一定要先打开打点计时器再释放纸带,松手前手不要晃动,保证打出的第一个点迹清晰。钩码带动纸带下落的时候,要在下方接住钩码,防止实验器材与地面碰撞造成损坏。
4.换上新纸带,重复操作,在众多纸带中选出三条符合条件的纸带备用;
5.更换钩码,重复上述步骤。
注意:由于这个实验需要从纸带上的第一个点开始研究,根据和打点计时器周期可以算出前两个点间的距离约为2mm,所以要重复操作,直到选出三条符合要求的纸带后才能更换钩码。
6.将所得纸带上的各点的瞬时速度计算出来并填入表格,在坐标纸上画出v-t图像,算出直线的斜率,即为重力加速度g的大小。
数据处理与分析
1.利用测量出来的每段位移,求出相邻两段位移差,观察数值是否近似相等,来判断自由落体运动的规律;
2.计算每一个点的瞬时速度时,利用匀变速直线运动的推论二(中间时刻的瞬时速度等于前后两点间的平均速度)来计算;
3.在坐标纸上画出v-t图像以后,要在直线上重新取点,利用加速度定义式求解。
误差分析
因为重力加速度在不同纬度的数值不同,在同一纬度不同高度也不同,所以不同地区的数值肯定不一样。如果在同一地区数值应当接近,实验中不可避免的因素是空气阻力,所以重力加速度会比实际数值偏小一点。另外纸带与打点计时器间的摩擦,打点计时器的限位孔是否竖直,测量和读数的误差,画图的精确性也都是影响实验结果的因素。
实验结论
自由落体运动是一种初速度为零的匀变速直线运动,方向竖直向下,自由落体的加速度g=(这个根据计算的实际结果填写)