重力加速度实验测量方法及改进

李炎泽

重力加速度的测量实验是物理课程中一个经典实验，有较多的测量方法，各有利弊.比如，落球计时法，在很大程度上简化了实验操作，但是因为磁感线对小球运动的影响，使相关计时数据的精确度不高，导致重力加速度的测量结果偏差较大；火花计时法，虽然程序较为简单，计算方便，但是该方法的定位精确度与安全性一般相对较低，对实验结果产生了较大的影响.在一般情况下，只要在相同的实验步骤与地点下，都能获得相似的实验数据，但是在实际过程中，一些小因素会对实验结果造成影响，如设备使用情况、操作规范性等.下面就重力加速度实验测量方法及改进谈点体会.

一、改进重力加速度测量实验的意义

1.减小误差.目前，在物理界存在众多测量重力加速度的方法，但是不可否认，其都存在一定的误差.这是因为空气阻力无处不在.各类测量方法各有利弊.分析实验数据发现，实验数据与理论数据一般都存在一定的偏差，这与空气的阻力、海拔以及地球纬度等都有很大的关系.因此，在实验时，不仅应该根据规范的程序进行操作，最大程度降低误差，还应该对实验程序进行必要的思考，对实验加以改进.

2.为物理学发展奠定基础.重力加速度是物理學中的重要内容，对该物理量的研究比较复杂，其会在一定程度上受到海拔高度与地球纬度的影响，但是其在生活中无处不在.对于该物理量的研究与学习，能够为后期的压力、行星运动以及磁感应强度的学习奠定基础.因此，加强对重力加速度相关课题的研究，清楚了解该物理量的测量过程，能够有效升华人们对物理系统的认识，从而为以后的物理学习奠定基础.

3.深化学习内容.实验课程能够在一定程度上提高学生的动手能力、自主思考能力以及合作精神等，同时是对理论知识的实践与巩固，从而让学生了解在理论课上无法理解的知识与问题.实验方法的改进能够让学生对重力加速度有更深层次的思考，让学生明白实验的开展不应该仅仅关注表象，还应该对程序与步骤进行深入思考，在现有的条件下，对其进行必要的完善与改进，从而达到更精确的测量结果.因此，测量方式的改进能够在一定程度上让学生通过简单的实验学到更多的知识，从而进一步深化学习内容.

二、重力加速度的主要测量方法

1.激光计时法.该种方法在一定程度上解决了光电测量法中定位不精确、磁电干扰大等问题，提高了测量结果的精确度，简化了实验程序，提高了实验设备的抗干扰性能.另外，激光位置容易调整与固定，在很大程度上降低了实验误差.相较于落球法，该种测量法主要在两大方面进行了改进，一是将小球替换为圆柱形的物体，二是把光电测量转变为激光，在物体下落的过程中，将会挡住激光，从而设备开始自动进行相关的计时操作，在很大程度上提高测量结果的精确度.

2.打点计时器测量法.小球在自由落体中的运动状态为匀加速直线运动，利用打点计时器能够了解在每个相同的时间间隔里小球的运动情况，通过对纸带的分析与计算，能够快速得到本地区重力加速度的测量值，但是该实验不可避免地存在一些误差，如纸带与设备的摩擦、空气阻力的存在等会在很大程度上降低小球下落的速度，从而使重力加速度的测量值远小于理论值.另外，若设备打点不够清晰，就会带来一定的视觉误导，从而对测量值造成影响.因此，要想对打点计时器测量法进行改进，首先要减小实验过程中的摩擦，如可以通过更新设备、升级纸带材料等方法减小摩擦.

3.三线摆测量法.该种方法是大学物理课程中用于测量小球运动惯量的主要方法.在设备系统中，主要通过将三条长度相同的摆线把两个圆形转盘连接起来，上边的转盘保持固定，而下边的转盘则处于悬挂状态中，从而能够进行扭摆.该设备系统的周期与其转动惯量、质量等都具有密切的联系，因此，通过测量设备运动周期与重量，利用公式能够快速地得到其转动惯量，然后使用平轴定理，就可以得到重力加速度的实验值.在实际操作中，该方法的程序较为复杂，操作也比较困难，应该对误差进行严格控制，如保证三根摆线的长度一致、固定好设备系统等，这样都能在很大程度上提高实验结果的精确度.

综上所述，通过对大学与高中多种重力加速度物理测量方式的分析，能够对相关内容进行引导性的阐述.因此，在实验过程中，实验人员应该充分考虑自身的基本条件与具体情况，如设备状态、环境条件等，从而选择合理的测量方式开展相关的实验，进一步达到对理论知识的巩固与了解，实现创新性与拓展性思维的提升.另外，实验人员还应该自主思考造成实验误差的因素，并在最大程度上降低误差因素对实验结果的影响，达到改进实验的目的.