[发明专利]一种获得匀加速运动液体液面高差的实验装置和方法

说明书

本发明提供了一种获得匀加速运动液体液面高差的实验装置和方法，目的是方便快捷准确的获得匀加速运动中的液体液面的高差，进而获得重力加速度。该装置和方法以溢出液体体积、容器中留下液体体积和注入液体体积的关系来获得匀加速运动过程中液面的高度差，通过读取静止条件下容器中的液面高度直接得到匀加速运动过程中液面的高差，不需要复杂测量设备，实验装置简单，同时可一次获得多组实验数据，提高了工作效率。避免了在运动中测量液面高差所需要的复杂仪器设备，实验原理清晰，精度可靠，是一种适用于学生操作的实验装置和方法。

技术领域

本发明涉及一种实验装置和方法，具体地指一种获得匀加速运动液体液面高差的实验装置和方法。

背景技术

重力加速度是一个非常重要的物理量，是获得绝大多数大学物理量的基础。测量重力加速度的方法有很多种，主要包括：落体法、单摆法、复摆法、三线摆法以及液体法等，其中利用液体法测量重力加速度是一种古老而便捷的实验方法，其基本原理是利用加速度与液面高差的关系来获得重力加速度，常见的方法有旋转液体法和拖动量杯法。拖动量杯法的原理是：无粘性不可压缩的理想液体随容器匀加速度水平运动时会在液体表面形成一个斜面，而斜面的倾角和重力加速度、水平加速度有关，获得匀加速运动中液体的液面倾角即可求的重力加速度。关于这个问题已有一些文献提及，如陈法新发表于2001年04期《物理教师》的《液体加速运动几个问题的探讨》一文以及田炳阳等申报的实用新型专利《一种测量重力加速度的装置》(申请号201420570027.X)均有论述。利用匀加速水平运动的液体测量重力加速度的关键是获得运动过程中的液面高差，进而根据液面高差求的液面在匀加速运动情况下的倾角，来获得重力加速度。在运动过程中通过肉眼读取倾斜液面的高差精度是极低的，而利用光学仪器测量这个高差设备又是比较复杂。为此本发明提供了一种可以快速的获得匀加速运动液体液面高差，并可以一次实验获得多组实验数据的实验装置和方法。

发明内容

本发明提供了一种获得匀加速运动液体液面高差的实验装置和方法，该装置和方法可一次获得多组匀速运动液体的液面高差，进而求得重力加速度。为实现上述目的，本发明提供的一种获得匀加速运动液体液面高差的实验装置由n个设有横隔板的量杯依次首尾相连组成，其中n为不小于3的整数。

所述量杯均为薄壁上开口的矩形容器，宽度均为b，高度均为H，长度由首至尾依次为d₁+d`<sub>1</sub>、d<sub>2</sub>+d`₂......d_n+d`<sub>n</sub>，其中d<sub>n</sub>＝d`_n/2，d`<sub>n</sub>＝d`_n-1+Δd，每个量杯内部在长度边的d_n处均设有一个横隔板，所述横隔板垂直固定在量杯的底板和侧壁上，宽为b，高为h，厚度不计，且h＜H，横隔板沿长度方向将量杯分割成两个长度分别为d_n和d`_n的长方形容器，所述量杯侧壁和横隔板均标有竖向刻度。

基于上述实验装置，本发明提供的一种快速获得匀加速运动液体液面高差的实验方法包含以下实验步骤：

1、将每个量杯中长度为d`_n的容器中均注满理想液体；

2、沿长度方向以加速度α拖动实验装置，使每个量杯均沿长度方向以加速度α做匀加速度直线运动，因离心力作用溢出的液体全部流入量杯中长度为d_n的容器中，控制加速度α大小，确保运动过程中液体无法溢出量杯之外；

3、当量杯中液面高度均不再发生变化，停止实验，在静止状态下读取量杯中长度为d_n的容器中液面高度h_n，即为量杯以加速度α匀加速运动中长度为d`_n的容器中液面高差；