测量重力加速度的创新方法

    陈小磊

    

    

    摘 ? 要：文章介绍了利用两球自由落体结合声波传感器测量重力加速度的创新方法，即双球落体法。此法操作简单，原理易懂，结果准确，实验效果较好。

    关键词：测量重力加速度;创新方法;双球落体法

    中图分类号：G633.7 文献标识码：A ? ?文章编号：1003-6148（2020）6-0050-2

    测量重力加速度是高中物理实验中比较重要的一个实验，常用的方法有自由落体法、单摆法等。本文另辟蹊径，利用两球同时自由落体，结合DISLab声波传感器计时，可以较准确地测出重力加速度，笔者将此法称为“双球落体法”。

    1 ? ?实验原理

    小铁球1、2用长为L的细线连接，其中球1在下，球2在上。手持球2，细线拉直，球1距地面高度为h，地面垫一块方木板（图1）。将两球同时由静止释放后做自由落体运动，球与木板相碰有撞击声，可用声波传感器分别记录下球1、球2落地撞击木板的声波振幅-时间关系图像（图2），将图像放大可找出两球与木板撞击瞬间对应的时刻t1、t2（可精确到10-4 s），则两球落地时间差：

    2 ? ?实验过程

    ①将小球1、2用细线相连，手提球2将球1竖直悬挂，用米尺测量两球底部间距离L;

    ②在小球正下方地面上垫一块方木板，用米尺测量球1底部距木板的高度h;

    ③打开声波传感器，将小球释放，记录两球落地撞击木板的声波图，找出两球落地瞬间对应的时刻t1、t2（图2），计算Δt=t2-t1并记入表中，重复操作，得到3组数据;

    3 ? ?结果与讨论

    根据以上操作，舍去偏差较大的数据，得到表1，重力加速度的平均值为9.8785 m/s2。实验所在地为泰州市区，位于北纬32°49'，海拔约为2.6 m，重力加速度精确值为9.796 m/s2，相对误差约为9.97‰，结果比较准确。

    本实验需要特别注意，小球落至木板会轻微弹跳多次撞击木板，在记录撞击时间时要注意准确找出两球下落后首次撞击对应的时刻，即撞击瞬间声波放大图上应取波形最前端起始点对应的时刻记录t1、t2，否则会引起一定的误差。

    4 ? ?总 ?结

    本实验采用了两个小球做自由落体运动，故取名为“双球落体法”，此法测量中最关键的物理量是“Δt”，即能否准确记录两球落地的时刻成为该实验的关键点。笔者在平时的实验中发现，声波传感器能通过波形显示声音强弱随时间变化的规律，且点击图像上任意一点，即可得该点对应的振幅和时刻，那就可以通过小球与木板的撞击声经由声波图像找到两球落地时刻，同时声波传感器计时精度达到10-4 s，一定程度上减小了实验的误差。

    笔者在開设的校本课程《DIS》中将本方法介绍给学生，学生分组进行实验，也得到了较准确的结果。

    参考文献：

    [1]王梅，宗晓玮.用DIS测量重力加速度g值的四种方法及比较[J].物理教学探讨，2015，33（10）：54-56.

    [2]许红，王建中.利用声音传感器测量重力加速度[J].物理实验，2008（2）：17-18.

    （栏目编辑 ? ?王柏庐）