重力加速度的测量研究--大学物理实验期末论文 .pdfVIP

研究报告大学物理实验序号：10

重力加速度的测量研究

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摘要：

重力加速度是一个重要的物理常数,其值会随纬度和海拔高度的不同而不同。准确测量

不同地区的重力加速度在理论、生产和科学研究中都具有重要意义。目前能够准确测量重力

加速度的方法有很多种。本文分析了传统多种测量重力加速度的方法，提出新的实验方法(用

压力传感器测重力加速度),并对此方法进行了分析和应用。最后比较了几种方法的特点,说

明新方法的可行性。

正文：

伽利略首先证明，如果空气摩擦的影响可以忽略不计，则所有落地的物体

都可以以同一速度下降，也就是说物体都具有相同的加速度，这个加速度称为重

力加速度g。重力加速度是一个重要的地球物理常数。准确测量它的量值，无论

在理论上还是在科研和生产等方面都有极其重要的意义。在历史上，人们曾经花

费了很多的精力和时间来研究这个问题，如波兹坦大地测量研究所曾用凯特摆花

了八年的时间，才正确地测得了当地的重力加速度。现在我们高中就知道，重力

是地球引力的一个分力。地球是绕着自转轴旋转的因此地球上的物体就需要一个

垂直于自转轴的向心力,这个向心力就只能由万有引力提供,即向心力是万有引

力的一个分力,另一个分力就是重力。

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的

压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传

感器。我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介

质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当

机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，

某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据

这个效应研制出了压力传感器。常见的压力传感器有应压片压力传感器和

压电式压力传感器（如下图）：

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在《大学物理实验》（人民邮电出版社）的实验3.2中我们已经学习

了“压力传感器特性研究及其应用”。该实验告诉我们，只要测出了传感器

的灵敏度S，就能根据W=Uo×1／S(Uo为测出电压，S为压力传感器的灵敏

度)，且W=mg，从而得出g=W／m。只要该压力传感器的灵敏度S已知，我

们让m=1kg,则g=W=Uo×1／S，从而可以测量不同地区的重力加速度。

下面我先介绍一下传统的几种测量重力加速度的方法：

方法一、用弹簧秤和已知质量的钩码测量：

将已知质量为m的钩码挂在弹簧秤下，平衡后，读数为G.利用公式

G=mg得g=G/m.

方法二、用滴水法测重力加速度：

调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取

50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用m尺测

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出水滴下落距离h，由公式h=gt′/2可得g=2hn/t.

方法三、用单摆测量：

0

当单摆摆角很小（小于5）时，可看作简谐运动，其固有周期为，

lT

由公式可得故只要测定摆长和单摆的周期，即可算出重力加

g

速度。（见下图）

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方法四、用圆锥摆测量.所用仪器为：m尺、秒表、单摆.

使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动