李炎澤

重力加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)是物理課程中一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，有較多的測(cè)量方法，各有利弊.比如，落球計(jì)時(shí)法，在很大程度上簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，但是因?yàn)榇鸥芯€(xiàn)對(duì)小球運(yùn)動(dòng)的影響，使相關(guān)計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)的精確度不高，導(dǎo)致重力加速度的測(cè)量結(jié)果偏差較大；火花計(jì)時(shí)法，雖然程序較為簡(jiǎn)單，計(jì)算方便，但是該方法的定位精確度與安全性一般相對(duì)較低，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了較大的影響.在一般情況下，只要在相同的實(shí)驗(yàn)步驟與地點(diǎn)下，都能獲得相似的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是在實(shí)際過(guò)程中，一些小因素會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，如設(shè)備使用情況、操作規(guī)范性等.下面就重力加速度實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法及改進(jìn)談點(diǎn)體會(huì).

一、改進(jìn)重力加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)的意義

1.減小誤差.目前，在物理界存在眾多測(cè)量重力加速度的方法，但是不可否認(rèn)，其都存在一定的誤差.這是因?yàn)榭諝庾枇o(wú)處不在.各類(lèi)測(cè)量方法各有利弊.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)一般都存在一定的偏差，這與空氣的阻力、海拔以及地球緯度等都有很大的關(guān)系.因此，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅應(yīng)該根據(jù)規(guī)范的程序進(jìn)行操作，最大程度降低誤差，還應(yīng)該對(duì)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行必要的思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn).

2.為物理學(xué)發(fā)展奠定基礎(chǔ).重力加速度是物理學(xué)中的重要內(nèi)容，對(duì)該物理量的研究比較復(fù)雜，其會(huì)在一定程度上受到海拔高度與地球緯度的影響，但是其在生活中無(wú)處不在.對(duì)于該物理量的研究與學(xué)習(xí)，能夠?yàn)楹笃诘膲毫Α⑿行沁\(yùn)動(dòng)以及磁感應(yīng)強(qiáng)度的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).因此，加強(qiáng)對(duì)重力加速度相關(guān)課題的研究，清楚了解該物理量的測(cè)量過(guò)程，能夠有效升華人們對(duì)物理系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，從而為以后的物理學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).

3.深化學(xué)習(xí)內(nèi)容.實(shí)驗(yàn)課程能夠在一定程度上提高學(xué)生的動(dòng)手能力、自主思考能力以及合作精神等，同時(shí)是對(duì)理論知識(shí)的實(shí)踐與鞏固，從而讓學(xué)生了解在理論課上無(wú)法理解的知識(shí)與問(wèn)題.實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)能夠讓學(xué)生對(duì)重力加速度有更深層次的思考，讓學(xué)生明白實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展不應(yīng)該僅僅關(guān)注表象，還應(yīng)該對(duì)程序與步驟進(jìn)行深入思考，在現(xiàn)有的條件下，對(duì)其進(jìn)行必要的完善與改進(jìn)，從而達(dá)到更精確的測(cè)量結(jié)果.因此，測(cè)量方式的改進(jìn)能夠在一定程度上讓學(xué)生通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)學(xué)到更多的知識(shí)，從而進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)內(nèi)容.

二、重力加速度的主要測(cè)量方法

1.激光計(jì)時(shí)法.該種方法在一定程度上解決了光電測(cè)量法中定位不精確、磁電干擾大等問(wèn)題，提高了測(cè)量結(jié)果的精確度，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)程序，提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的抗干擾性能.另外，激光位置容易調(diào)整與固定，在很大程度上降低了實(shí)驗(yàn)誤差.相較于落球法，該種測(cè)量法主要在兩大方面進(jìn)行了改進(jìn)，一是將小球替換為圓柱形的物體，二是把光電測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榧す猓谖矬w下落的過(guò)程中，將會(huì)擋住激光，從而設(shè)備開(kāi)始自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)時(shí)操作，在很大程度上提高測(cè)量結(jié)果的精確度.

2.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量法.小球在自由落體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器能夠了解在每個(gè)相同的時(shí)間間隔里小球的運(yùn)動(dòng)情況，通過(guò)對(duì)紙帶的分析與計(jì)算，能夠快速得到本地區(qū)重力加速度的測(cè)量值，但是該實(shí)驗(yàn)不可避免地存在一些誤差，如紙帶與設(shè)備的摩擦、空氣阻力的存在等會(huì)在很大程度上降低小球下落的速度，從而使重力加速度的測(cè)量值遠(yuǎn)小于理論值.另外，若設(shè)備打點(diǎn)不夠清晰，就會(huì)帶來(lái)一定的視覺(jué)誤導(dǎo)，從而對(duì)測(cè)量值造成影響.因此，要想對(duì)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量法進(jìn)行改進(jìn)，首先要減小實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的摩擦，如可以通過(guò)更新設(shè)備、升級(jí)紙帶材料等方法減小摩擦.

3.三線(xiàn)擺測(cè)量法.該種方法是大學(xué)物理課程中用于測(cè)量小球運(yùn)動(dòng)慣量的主要方法.在設(shè)備系統(tǒng)中，主要通過(guò)將三條長(zhǎng)度相同的擺線(xiàn)把兩個(gè)圓形轉(zhuǎn)盤(pán)連接起來(lái)，上邊的轉(zhuǎn)盤(pán)保持固定，而下邊的轉(zhuǎn)盤(pán)則處于懸掛狀態(tài)中，從而能夠進(jìn)行扭擺.該設(shè)備系統(tǒng)的周期與其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)量等都具有密切的聯(lián)系，因此，通過(guò)測(cè)量設(shè)備運(yùn)動(dòng)周期與重量，利用公式能夠快速地得到其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，然后使用平軸定理，就可以得到重力加速度的實(shí)驗(yàn)值.在實(shí)際操作中，該方法的程序較為復(fù)雜，操作也比較困難，應(yīng)該對(duì)誤差進(jìn)行嚴(yán)格控制，如保證三根擺線(xiàn)的長(zhǎng)度一致、固定好設(shè)備系統(tǒng)等，這樣都能在很大程度上提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度.

綜上所述，通過(guò)對(duì)大學(xué)與高中多種重力加速度物理測(cè)量方式的分析，能夠?qū)ο嚓P(guān)內(nèi)容進(jìn)行引導(dǎo)性的闡述.因此，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)該充分考慮自身的基本條件與具體情況，如設(shè)備狀態(tài)、環(huán)境條件等，從而選擇合理的測(cè)量方式開(kāi)展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步達(dá)到對(duì)理論知識(shí)的鞏固與了解，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性與拓展性思維的提升.另外，實(shí)驗(yàn)人員還應(yīng)該自主思考造成實(shí)驗(yàn)誤差的因素，并在最大程度上降低誤差因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，達(dá)到改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的目的.