大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn),一般采用一條有等間距圓孔的細(xì)長擺桿,擺桿表面標(biāo)有豎向刻度,在實(shí)驗(yàn)中將擺桿的其中一個圓孔懸掛在支架上進(jìn)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(biāo)紙上作圖,利用圖解法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并計(jì)算重力加速度。
復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法是以懸掛點(diǎn)到擺桿質(zhì)心的距離h為橫坐標(biāo),以該懸掛點(diǎn)時測得的擺動周期t為縱坐標(biāo),在坐標(biāo)紙上描出測量點(diǎn),然后描出一條平滑的曲線連接各個測量點(diǎn)或者使測量點(diǎn)均勻分布在曲線的兩邊,形成h-t關(guān)系圖,然后畫一條平行于橫坐標(biāo)軸的直線,該直線與曲線相交于四點(diǎn),即獲得四個擺動周期相同的懸掛點(diǎn)。通過四點(diǎn)對應(yīng)橫坐標(biāo)的坐標(biāo)值h1、h2、h3、h4計(jì)算出等效擺長l`,從而由公式gt2/(4p2)=l`計(jì)算重力加速度g。
在實(shí)際操作過程中上述廣泛采用的復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確無誤的曲線對于初學(xué)者十分困難;二是描摹的周期曲線與真實(shí)曲線存在偏差,所以平行于橫坐標(biāo)軸的直線與周期曲線相交的四點(diǎn),其坐標(biāo)值也必然存在偏差;三是由于測量點(diǎn)是離散的數(shù)據(jù),橫坐標(biāo)間隔一般為2cm,這樣的間隔現(xiàn)實(shí)中難以找到4個周期相同的測量點(diǎn)。綜上,現(xiàn)有測量加速度實(shí)驗(yàn)存在較大偏差,且數(shù)據(jù)測量和處理過程也較為繁瑣耗時。
測量重力加速度的實(shí)驗(yàn)方法,該方法數(shù)據(jù)處理簡單方便,可以準(zhǔn)確的獲得重力加速度數(shù)值。圓柱砝碼測量重力加速度的實(shí)驗(yàn)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(shè)當(dāng)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(fù)步驟1,設(shè)當(dāng)由x個圓柱砝碼組成的擺桿小角度擺動時的周期為;
3、設(shè),計(jì)算對應(yīng)圓柱砝碼數(shù)量x的yx值,獲得n個數(shù)據(jù)點(diǎn):(1,)、(2,)……(n,);
4、以砝碼數(shù)量x為橫軸,以y為縱軸建立坐標(biāo)系,將數(shù)據(jù)點(diǎn)(x,y)繪制在坐標(biāo)系中,擬合n個數(shù)據(jù)點(diǎn)獲得斜線,計(jì)算斜線的斜率為k;
5、利用,即可計(jì)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(shù),每個圓柱砝碼i或圓柱砝碼ii相互間首尾可以固定連接。