实验报告名称：自由落体法测重力加速度

【实验目的】

1、学会运用自由落体仪和计时器

2、测量当地的重力加速度，掌握自由落体运动规律。

3、学会用逐差法处理实验数据

【实验原理】

自由落体的重力加速度由重力产生，称为重力加速度g。根本原因由万有引力产生，它与质量成正比，与距离的平方成反比。它是一个重要的地球物理常数。地球上各点的加速度数值，随该地的纬度、海拔高度及该地区地质构造的不同而不同。因而测量重力加速度对于地质勘测等具有很重要的意义。g值偏大的地方则可能埋藏着重矿物，反之g值偏小的地方则可能埋藏着盐类和石油。

自由落体仪主要由立柱、吸球器和光电门组成。如图示。

实验原理，小球从A点沿竖直方向自由下落。将两光电门分别放在B、C处，记下BC之间的距离S1和小球经过BC两点的时间间隔t1，有

S1=VBt1+1/2gt1^2

要采用逐差法处理实验数据，必须使小球相邻两次的时间差相等，具体到本实验，就是小球下落时，下落时间必须按照t，2t，3t，4t，5t，6t，7t，8t变化

【实验步骤】

1.打开计时仪的电源开关，四芯线两端分别接光电门和计时仪的光电插孔，注意四芯线插头和插孔的一一对应，不要插错方位。

2.将功能指示选在“计时”位置处，计时仪左下角的次数选择拨到2.对光电门遮光时其数字显示正常，并能复位为零。

3.调整自由落体仪支柱铅直，使b摆球的悬线影正对光敏管位置，否则应调节底座上的三个螺丝。

4.将上端光电门放在10cm处，使两光电门之间的距离s1为5cm，记下小球通过此距离的时间t1，时间显示时ms指示灯亮，说明记录的是毫秒，换算成秒作单位。测量5次；然后取时间的平均值，计为t，然后测量2t，3t，4t，5t，6t，7t，8t对应的高度差，由于计时仪精确到0.001ms，在自由落体仪的米尺上难以找到某一刻度值与此对应，故在时间it的两侧找到对应的高度差hi，然后取平均值作为该时间对应的高差。

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自由落体运动的特点、性质的探究

天水市第一中学

组长：

组员：

一.     实验原理：

在纸带的一端挂上重物（如钩码等），利用重物拖着纸带竖直下落，如果纸带的阻力和空气阻力比重物的重力小得多，则可认为重物仅在重力的作用下竖直向下运动。将纸带穿过打点计时器，松开纸带，让其自由下落，在纸带下落的同时打点计时器会在纸带上打出一行小点来，根据打点的纸带分析研究重物作自由落体运动的规律。

二.     实验器材：打点计时器，交流电源，纸带，重物（钩码），铁夹，铁架台

三.     实验步骤：

①把打点计时器竖直固定在平稳放置的铁架台上，并连接好电源；

②把纸带穿过两个限位孔，下端用铁夹连结到重物上，并向上提起纸带使重物靠近打点计时器；

③用手捏住纸带的上端，把纸带拉成竖直状态，打开打点计时器的电源，松开手让重物连同纸带一起自由下落；

④待完全下落后，关闭打点计时器，取下打好的纸带；

⑤重复上述步骤几次，选取一条或几条点迹清晰的纸带，进行分析计算。

四.     实验中的注意事项：

①为了尽量减少空气阻力对实验的影响，重物应选择密度较大的；

②打点计时器、铁架台应放置平稳、固定好；

③重物应尽量靠近打点计时器释放，并且要先打开打点计时器的电源，待其打点稳定后再松手让其自由下落；

④重复多次打出纸带，并尽量换取重量不同的重物进行实验。

五.     实验结果的分析判断：

打点计时器一般使用50Hz的交流电，其没相邻的两个点迹之间相差的时间为0.02秒。

在相邻的时间t内，物体自由下落的位移为：

六.     实验结论：

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《实验2  自由落体法测定重力加速度》

实验报告

一、实验目的和要求

1、学会用自由落体法测定重力加速度；

2、用误差分析的方法，学会选择最有利的测量条件减少测量误差。

二、实验描述

重力加速度是很重要的物理参数，本实验通过竖直安放的光电门测量自由落体时间来求重力加速度，如何提高测量精度以及正确使用光电计时器是实验的重要环节。

三、实验器材

MUJ-5C型计时计数测速仪（精度0.1ms），自由落体装置（刻度精度0.1cm），小钢球，接球的小桶，铅垂线。

四、实验原理

    实验装置如图1。

在重力实验装作用下，物体的下落运动是匀加速直线运动，其运动方程为

s=t+1/2g

该式中，s是物体在t时间内下落的距离；是物体运动的初速度；g是重力加速度；若测得s,,t，即求出g值。

若使=0，即物体（小球）从静止释放，自由落体，则可避免测量的麻烦，而使测量公式简化。但是，实际测量S时总是存在一些困难。本实验装置中，光电转换架的通光孔总有一定的大小，当小铁球挡光到一定程度时，计时-计数-计频仪才开始工作，因此，不容易确定小铁球经光电转换架时的挡光位置。为了解决这个问题，采用如下方法：

让小球从O点处开始下落，设它到A处速度为，再经过时间到达B处，令AB间距离为，则

=

同样，经过时间后，小球由A处到达B’处，令AB’间的距离为，则有

s2=t2+1/2g

化简上述两式，得:

g=2-)/-t2=2(/-/)/-

--------------------------------------------（1）

上述方法中，,由立柱上标尺读出，巧妙避免了测量距离的困难。（注：B,B’为同一光电门，只是距离A的远近不同）

g的不确定度与光电转换架的位置有关。根据不确定度的绝对值合成公式，采用求标值的方法来选择最有利的条件，求出最佳操作范围。经实际推导，得：

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物理演示实验报告——用频闪仪观察自由落体运动

【实验目的】

定性半定量观察自由落体下落时，距离与时间的平方成正比关系，了解视觉暂留现象。

【实验步骤】

1．在水桶内盛满清水，打开水龙头，让水滴连续地以恒定的间隔落下。

2．在水滴流的前面用频闪仪发出的白闪光将水滴流照亮。原来看上去是一股线状的水滴流变成了一连串由疏到密的水滴。

3．适当调节频闪仪的闪光频率，就可在空间看到一串固定不动的水滴，从上到下水滴由密到疏，每一水滴下落的距离符合位移和时间的平方成正比的规律。

【注意事项】

调节水流量，使流出的水量不能过大而形成连续水流，也不能过小而无法比较水珠间距，一般在频闪灯照射时能看到6-10个水珠为好。

【实验原理】

本实验中水滴一直不停下落，初速度基本不变，而照明光源是间歇发光的，熄的时候看不到水珠，亮的时候能看到。当光源的发光时间间隔与水滴下落的时间间隔相等或者为整数倍的时候就感觉水珠静止了。只要水珠开始下落到停止的时间间隔比人眼视觉停留间隔的时间短就可以看到多个静止的水珠。

【实验扩展】

1、人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。

2、电影的拍摄和放映就是视觉暂留的具体应用.现代医学证明，人的眼睛看到一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失.利用这一原理，如果以每秒超过24帧画面以上播放连续的图像变化时，人眼无法辨别单幅的静态画面，看上去是平滑连续的视觉效果，这样连续的画面就是我们常说的视频.在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给人造成一种流畅的视觉变化效果.电影采用了每秒24帧画面的速度拍摄播放，电视采用了每秒25帧.其次，视觉暂留现象能使物体“变动为静”.一架电扇断电后，当转动仍没有停止时，转得不快不慢，使我们看不清扇叶片数和轮廓，这时如果我们快速不停地眨眼睛观察电扇时，却可以清晰地看清扇叶的轮廓和片数，并且感觉其转动明显地变慢了。

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实验2  自由落体运动实验

【自由落体运动与重力加速度】

西方有句谚语：“对运动无知，也就对大自然无知。”运动是万物的根本特性。在这个问题上，自古以来，出现过种种不同的看法，形成了形形色色的自然观。在16世纪以前，亚里士多德的运动理论居统治地位。他把万物看成是由四种元素——土、水、空气及火组成，四种元素各有其自然位置，任何物体都有返回其自然位置而运动的性质。他把运动分成自然运动和强迫运动：重物下落是自然运动，天上星辰围绕地心作圆周运动，也是自然运动；而要让物体作强迫运动，必需有推动者，即有施力者。力一旦去除，运动即停止。既然重物下落是物体的自然属性，物体越重，趋向自然位置的倾向性也就越大，所以下落速度也越大。于是，从亚里士多德的教义出发，就必然得到物体下落速度与物体重量成正比的结论。

亚里士多德的理论基本上是错误的，但这一理论毕竟是从原始的直接经验引伸而来，有一定的合理成分，在历史上也起过进步作用，再加上被宗教利用，所以直到16世纪，仍被人们敬为圣贤之言，不可触犯。

正因为如此，批驳亚里士多德关于落体运动的错误理论，不仅是一个具体的运动学问题，也是涉及自然哲学的基础问题，是从亚里士多德的精神枷锁下解脱的一场思想革命的重要组成部分。伽利略在这场斗争中作出了非常重要的贡献。

关于落体问题的讨论在伽利略1589年当比萨大学教授之前已经广泛展开了，并且已有人作过实验，得到的结果其实是尽人皆知的生活经验。问题在于，没有人敢于触犯亚里士多德的教义。因为亚里士多德的理论指的是落体的自然运动，即没有媒质作用的自由落体运动，这是一种理想情况，在没有真空泵的16世纪谁都没有可能真正做这类实验。

仅在重力作用下，物体由静止开始竖直下落的运动称为自由落体运动。由于受空气阻力的影响，自然界中的落体都不是严格意义上的自由落体。只有在高度抽真空的试管内才可观察到真正的自由落体运动——一切物体(如铁球与鸡毛)以同样的加速度运动。这个加速度称为重力加速度。

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探究：物体自由落体运动的性质

数据记录表

一． 各位置刻度尺读数

__________ ___________ ______________ __________ ____________ _＿＿＿＿＿＿ __________ ___________ ______________

二． 相邻相等时间间隔内位移

X1= __________ X2= __________ X3= __________ X4= __________ X5= __________ X6= __________

三． 相邻相等时间间隔内位移之差

ΔX21=X2-X1=__________

ΔX32=X3-X2=__________

ΔX43=X4-X3=__________

ΔX54=X5-X4=__________

ΔX65=X6-X5=___________

ΔX76=X7-X6=___________

四．计算自由落体运动的加速度 g=_____________

五实验结论

结论：________________________________________ _______________________________________________

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实验与探究： 利用打点计时器探究自由落体运动的运动性质和规律

1、实验原理:

重锤拖着纸带竖直下落时，空气阻力影响较小，可近似认为重锤是做自由落体运动，根据打出的纸带能分析研究自由落体的运动规律。

2、实验仪器:

电火花打点计时器、交流电源、纸带、重锤、铁架台、毫米刻度尺

3、实验步骤:

（1）把打点计时器竖直固定在铁架台上，连接好220V交流

电源，铁架台放在桌子边缘。

（2）把纸带穿过两个限位孔位于墨粉纸盘下方，纸带下端用

铁夹夹到重锤上，让重锤靠近打点计时器。

（3）用手捏住纸带上端把纸带拉成竖直状态，保持重锤静止。 先接通电源，再松开手让重锤带着纸带自由下落。关闭电源，取

下纸带。（海绵垫用来放在地上接住下落的重锤）

（4）重复几次，选取一条点迹清晰，且第一、二个点的距离

约2mm 的纸带分析。

(5)在挑选出来的纸带上从第一个点开始依次记上0,1,2，3,

4…用毫米刻度尺分别测量纸带上从起点0到各个点间的距离，

记入表中。

4、注意事项：

（1）打点计时器安装要使两限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；

（2）应先开电源让打点计时器正常工作后，再松开纸带让重物下落；

（3）手捏纸带松手之前，不要晃动，保证打出的第一个点清晰；

（4）多打几条纸带，选取所打点迹清晰，呈一条直线的纸带进行研究。

-4s2 分析作出的图线，可得到自由落体运动的运动规律是：

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