气流补偿法测量重力加速度的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术的有益效果是：本发明专利技术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。考虑新的误差。考虑新的误差。

【技术实现步骤摘要】
气流补偿法测量重力加速度的装置及方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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。
[0005]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；
[0006]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。
[0007]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。
[0008]作为优选，所述管道旁设有铅垂线。
[0009]第二方面，提供了气流补偿法测量重力加速度的方法，包括：
[0010]S1、通过铅垂线调整管道的位置，使所述管道与铅垂线平行；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014]S5、根据小球下落距离和下落时刻计算重力加速度。
[0015]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h
12
，第一光电门和第三光电门之间的距离为h
13
；S5中，重力加速度的计算公式为：
[0016]g＝2
×
(h
13
×△
t
12
–
h
12
×△
t
13
)/(
△
t
12
×△
t
132
‑△
t
13
×△
t
122
)
[0017]其中，
△
t
12
＝t2‑
t1，
△
t
13
＝t3‑
t1。
[0018]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种新型的测量重力加速度的方法，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。因此，本专利技术减小了设备成本，并达到更高的精度。
附图说明
[0019]图1为气流补偿法测量重力加速度的方法的测量示意图；
[0020]图2为小球大球受力示意图；
[0021]图3为单个大球气流补偿示意图；
[0022]图4为多个大球气流补偿示意图；
[0023]图5为气流补偿法测量重力加速度的装置的结构示意图；
[0024]附图标记说明：1.夹紧装置；2.细绳；3.小球；4.大球；5.管道；6.第一光电门；7.第二光电门；8.第三光电门；9.第一通光孔；10.第二通光孔；11.第三通光孔。
具体实施方式
[0025]下面结合实施例对本专利技术做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术。应当指出，对于本
的普通人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以对本专利技术进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本专利技术权利要求的保护范围内。
[0026]实施例1：
[0027]为减小被测量小球自由下落的过程中受空气阻力的干扰，必须营造空气向下流动与被测量小球下落速度同步的场景。在这样的场景中，被测量金属小球下落与空气流动同时进行，这使被测量金属小球与空气之间的相对速度很小甚至忽略，提高了测量准确性。
[0028]为了营造空气向下流动与被测量小球下落速度同步的场景，可以用自动控制气泵在管道上端注入空气的办法，实现空气向下加速流动，但是控制气泵带来一定的难度和复杂性，因此本专利技术利用了气流补偿法测量重力加速度的方法。
[0029]具体地，本专利技术提供了气流补偿法测量重力加速度的装置，如图5所示，包括：夹紧装置1、球体和管道5；
[0030]其中，球体包括小球3和大球4；夹紧装置1通过细绳2悬挂小球3，小球3下方大球4上连接一条细绳，细绳穿过上方小球3的中心通孔，悬挂到细绳2，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂，；大球4的直径小于且接近管道5的内径；管道5的中央位置对准小球3和大球4；管道5自上而下依次设有第一通光孔9、第二通光孔10和第三通光孔11，并在第一通光孔9、第二通光孔10和第三通光孔11的同一水平高度上分别设有第一光电门6、第二光电门7和
第三光电门8。
[0031]在上述装置中，管道5旁设有铅垂线，管道壁上有三对相对的通光孔外侧安装光电门(包括发射器和接收器)，管道5侧面密封，光电门与通光孔紧配合，保证管道5侧面不漏气。第一光电门6、第二光电门7和第三光电门8均与时间测量仪相连接。小球3为中间开小孔的球体，大球4上方连接一条细绳2，穿过小球3中的小孔，悬挂于夹紧装置1，另一根细线，一端连接小球3上方，另一端系在悬挂大球4的细线上。大球4采用高密度材质，可以是金属球(如铅球，其半径为r)，管道5的内壁光滑且为空心管道(内径为R，R略大于r)。如图3所示，保证空心管道铅垂放置，金属球在管道内且与管壁无摩擦下落，则管道内空气气流向下运动的加速度接近于重力加速度g；被测量小球与前面的金属球同步下落，这时被测量小球与空气之间的相对速度很小甚至可以忽略。此外，前述的金属球也可以替本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.气流补偿法测量重力加速度的装置，其特征在于，包括：夹紧装置(1)、球体和管道(5)；其中，所述球体包括小球(3)和大球(4)；所述夹紧装置(1)通过细绳(2)悬挂所述小球(3)，小球(3)下方大球(4)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(2)，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂；所述大球(4)的直径小于且接近所述管道(5)的内径；所述管道(5)的中央位置对准所述小球(3)和所述大球(4)；所述管道(5)自上而下依次设有第一通光孔(9)、第二通光孔(10)和第三通光孔(11)，并在所述第一通光孔(9)、第二通光孔(10)和第三通光孔(11)的同一水平高度上分别设有第一光电门(6)、第二光电门(7)和第三光电门(8)。2.根据权利要求1所述的气流补偿法测量重力加速度的装置，其特征在于，所述第一光电门(6)、第二光电门(7)和第三光电门(8)均与时间测量仪相连接。3.根据权利要求1所述的气流补偿法测量重力加速度的装置，其特征在于，所述管道(5)旁设有铅垂线。4.气流补偿法测量重力加速度的方法，其特征在于，由权利要求1至4任一所述的气流补偿法测量重力加速度的装置执行，包括：S1、通过铅垂线调整管道(5)的位置，使所述管道(5)与铅垂线平行；S2、通过夹紧装置(1)悬挂小球(3)，小球(3)下大球(4)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(2)，使两球体间无力的作用，上下依次悬挂，并调整小球(3)和大球(4)的位置与高度，使其位于管道中央上方；S3、小球(3)与大球(...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪杰，范智超，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：