Теория метода и описание установки
При небольших высотах падение стального шарика диаметром 2-3 см можно считать практически свободным, так как в этом случае сопротивление воздуха пренебрежимо мало и ускорение силы тяжести остается постоянным. Падение шарика происходит по законам равноускоренного движения без начальной скорости. Если шарик опустить с некоторой высоты H, то
(16.1),
где H - высота падения шарика, g - ускорение силы тяжести, t - время падения шарика. Отсюда:
,
(16.2).
Установка для проведения опыта состоит из источника постоянного тока 1, предназначенного для питания электромагнита 2, укрепленного на штативе 3 и выключателя 6, установленного на некотором расстоянии под электромагнитом. Этот выключатель предназначен останавливать электронный секундомер 4 в момент удара шарика 5 по лопатке 6, а включение секундомера осуществляется в момент выключения магнита. Определив время падения шарика с различных высот и зная эти высоты, можно найти ускорение силы тяжести. Электрическая схема установки приведена на рисунке 1.
Измерения и обработка результатов измерения
1.Ознакомиться с установкой и порядком включения приборов. Установка дается в собранном виде. По окончании работы схему не разбирать, а только выключить приборы. Проверить попадание стального шарика на лопатку выключателя при его падении. Порядок включения приборов следующий:
включить в сеть выпрямитель для питания электромагнита;
включить секундомер в осветительную сеть;
поднять лопатку выключателя;
включить тумблеры выпрямителя и электросекундомера. Тумблер электромагнита должен стоять на положении «вкл.»;
поставить секундомер на «ноль» кнопкой «сброс»;
отключить электромагнит;
Первый раз включения производятся под наблюдением преподавателя или лаборанта.
Установить электромагнит на максимально возможной высоте. Произвести измерение времени падения шарика t с этой высоты H семь раз. Среднее значение времени занести в таблицу. Повторить измерения для пяти высот, опуская электромагнит каждый раз на 3-5 см. По полученным результатам вычислить ускорение силы тяжести.
По полученным результатам вычислить ускорение свободного падения тела вблизи поверхности Земли.
Определить абсолютную
и относительную
погрешности.Все полученные результаты занести в таблицу 16.1:
Построить график
.Получить из графика g,
,
и сравнить их с вычисленными значениями.Сделать вывод: записать окончательное значение g. Сравнить точность цифрового и графического методов.
Таблица 16.1
|
№№ измерений |
H, м |
t, с |
|
g, м/с2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
Средние значения |
|
|
|
|
|
|
,
с2
,
м/с2
Приложение