[发明专利]气流补偿法测量重力加速度的装置及方法

说明书

本发明涉及气流补偿法测量重力加速度的装置及方法，包括：夹紧装置、球体和管道。球体包括小球和大球；夹紧装置通过细绳悬挂小球，小球下方大球上连接一条细绳，细绳穿过上方小球的中心通孔，悬挂到细绳，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂。管道5自上而下依次设有第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔，并在所述第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔的同一水平高度上分别设有第一光电门、第二光电门和第三光电门。本发明的有益效果是：本发明不需要复杂设备与操作，仅通过多个球体下落即可完成空气阻力影响的减小，与其他机械结构相比，不会使小球接触除空气外的其它介质，因此不需要考虑新的误差。

技术领域

本发明涉及物理量测量领域，更确切地说，它涉及气流补偿法测量重力加速度的装置及方法。

背景技术

在物理教学中，测量重力加速度常作为中大学生一个基本的实验项目。自由落体测量重力加速是一种传统的重力加速度测量方法，但由于空气阻力的存在，测量结果会出现较大误差。

在实验中，通常测量金属小球下落时间和相应的下落高度来计算重力加速度。金属球下落过程受几个力的作用：1、金属球下落时正前方空气分子撞击球体产生的阻力；2、金属球下落过程受空气粘滞阻力的作用；3、金属球在空气中受空气浮力的作用。因此有大量针对消除空气阻力提出的各种实验方案，但由于精密的仪器设备通常价格昂贵，或者操作复杂，如通过密闭空间抽真空消除空气阻力，或考虑空气阻力与球下落速度有关，通过公式推导，得出近似公式计算修正结果，但过程繁琐，在实验中计算复杂，因此需要新的方法进行简化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供了气流补偿法测量重力加速度的装置及方法。

第一方面，提供了气流补偿法测量重力加速度的装置，包括：夹紧装置、球体和管道；

其中，所述球体包括小球和大球；所述夹紧装置通过细绳悬挂所述小球，小球下方大球上连接一条细绳，细绳穿过上方小球的中心通孔，悬挂到细绳，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂；所述大球的直径小于且接近所述管道的内径；所述管道的中央位置对准所述小球和所述大球；所述管道自上而下依次设有第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔，并在所述第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔的同一水平高度上分别设有第一光电门、第二光电门和第三光电门。

作为优选，所述第一光电门、第二光电门和第三光电门均与时间测量仪相连接。

作为优选，所述管道旁设有铅垂线。

第二方面，提供了气流补偿法测量重力加速度的方法，包括：

S1、通过铅垂线调整管道的位置，使所述管道与铅垂线平行；

S2、通过夹紧装置悬挂小球，小球下方大球上连接一条细绳，细绳穿过上方小球的中心通孔，悬挂到细绳，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂，并调整小球和大球的位置与高度，使其位于管道中央上方；

S3、小球与大球悬挂静止后，松开夹紧装置，小球与大球同时自由下落，在管道中经过第一通光孔、第二通光孔和第三通光孔；

S4、测量并记录小球下落到第一光电门、第二光电门和第三光电门的时刻；

S5、根据小球下落距离和下落时刻计算重力加速度。

作为优选，S4中，小球下落到第一光电门、第二光电门和第三光电门的时刻分别为t₁、t₂、t₃，第一光电门和第二光电门之间的距离为h₁₂，第一光电门和第三光电门之间的距离为h₁₃；S5中，重力加速度的计算公式为：