自由落體重力加速度測量儀/重力加速度測量儀 型號：TC-LG-2

利用自由落體(條形物體)測定重力加速度,比球體測量準確.方便.配有數字毫秒計,五位半數顯.

自由落體實驗儀
1 概述
自由落體實驗儀是基礎力學教學實驗的必備儀器，利用自由落體實驗儀可進行定性觀測和定量研究物體在自由落體狀態下的運動規律。從而達到教學演示實驗的目的。
TC-LG-2型為：主體高度1.6m，鑄鐵腿三腳支架，底座穩固，抗震動好，利于實驗室擺放操作。
從教學使用出發，TC-LG-2型為：主體高度1.2m，便攜式三腳支架，底座輕巧，便于移動，利于課堂演示教學。
以上兩種自由落體實驗儀均可與J0201-G-2型計時器， J0201-CC存貯式計時器，J0201-CHJ存貯式數字毫秒計，J0416-2型多用大屏幕數字顯示測試儀配合使用，適用于中學進行物理教學的演示實驗或分組實驗。
本儀器還可以與J02015-2型簡易頻閃光源和照相機同步配合使用，用頻閃照像法研究自由落體運動的規律。

2 技術性能
2.1 儀器總高 ： TC-LG-1型≥1.2m ；TC-LG-2型≥1.6m
2.2 實驗有效高度 ： xe77FT-LG-1型≥1.0m ；xe77FT-LG-2型≥1.4m
2.3 電磁鐵電源 ： DC6V
2.4 鋼球直徑 ： 18mm
2.5 g值實驗相對誤差 ： ≤ 2％

3 結構與特點
3.1 見圖一。儀器由帶有標尺的鋁合金型材為主體，頂端裝有電磁鐵吸球器，中間裝有兩個可任意移動的光電門光電傳感器，下端裝有接球架網，立柱下端固定在可調節的三腳支架上。
3.2 鋼球的起始位置由電磁鐵的固定支架端板的下端“ ”形的下邊沿作為位置指針，能方便地調節確定鋼球自由下落的起始刻度基準。
3.3 立柱上端裝有電磁鐵吸球器，當電磁鐵線圈接通直流6V電源時，電磁鐵吸住鋼球，切斷電源時，鋼球下落作自由落體運動。電磁鐵的支架上還裝有兩個接線柱，可以與頻閃光源的同步輸入開關及學生實驗電源直流6V相連接用于頻閃照相實驗用。（注:原接電纜的接線端子可卸下不用）
3.4 兩個光電門由小型聚光電珠和光敏接收管組成。兩個光電門可以上下任意移動，在立柱上的位置由光電門支架的凹型槽底邊所對標尺的刻度決定。
3.5 主體立柱固定在三腳支架上，利用三腳支架上的調節螺栓，配合重錘線可方便地調節立柱與地面的垂直度。
3.6 TC-LG-2型≥1.5m型的底座和三腳支架為鑄鐵腿，增加了儀器的穩固性，提高了儀器的抗震性能，有利于提高實驗精度。鑄鐵式三腳支架是可拆卸的，便于運輸和貯存。（見圖二）
TC-LG-1型≥1.5m型的三腳支架為便攜式，將儀器提起時它可以靠自重自動收攏，便于搬動和運輸，實驗時為了保持調好的垂直度，可以用儀器配備的架腿附件限位螺釘鎖住。
4 實驗前的準備
4.1 整機組裝：
（1）TC-LG-2型：將三個鑄鐵架腿用M6內六角螺釘緊固在底盤上，（內六角搬手在附件盒內），三個調節螺釘分別裝在架腿上（見圖二）。
（2）TC-LG-1型：先將架腿附件調節螺釘裝入架腿底部的M10螺孔中，以備后用。
（3）將電磁鐵吸球器，兩個光電門及接球架按圖一所示用鎖緊螺釘固定在主體上，將四芯插頭插入計時器標有“自由落體”的四芯插座上，接通J0201-G-2計時器電源，計時器顯示“0.00ms”，說明兩個光電門工作正常。
4.2 將電磁鐵吸球器，調節到刻度尺0點處，使鋼球自由下落的起始位置為0cm。
4.3 調垂直度：將儀器所配的重錘懸掛在電磁鐵吸球器的鐵芯中心孔上，將兩個光電門分別置于立柱的中、下端處，細心調節三腳支架上的調節螺栓，使重錘線處于兩個光電門的
正中。從主體正面觀察時重錘線應與光電門中間的凹形槽處白線重合，從主體側面觀察重錘線應與光電門兩側白線重合，即認為重錘線正好處于光電門的中心處，儀器的垂直度調好后，將重錘線取下，就可以做實驗了。
5 實驗
以下實驗均按選配J0201-G-2自由落體智能計時器為例。
5.1 實驗一：驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。
（1）實驗原理：初速度為零的自由落體運動其公式
(1)
如果物體下落的時間取：t1:t2:t3=1:2:3，則下落的距離就會得出：h1:h2:h3=1:4:9。
（2）實驗操作：儀器與計時器連接好，接通計時器電源，將計時器的電磁鐵開關撥到“吸”位置上，電磁鐵通電，將鋼球吸住，（注意鋼球應吸在電磁鐵的中心處）。同步開關撥到“放”位置時，切斷電磁鐵電源，鋼球自由下落，計時器同步計時，當鋼球通過兩個光電門后計時器自動停止計時，并循環顯示出鋼球下落的時間t。
實驗中，依次移動光電門，使光電門的中部凹形槽底邊對準立柱標尺的10cm，40cm，90cm處，分別測出下落的時間t1、t2、t3，每個時間測五次取平均值。如果可以得到h1:h2:h3=1:4:9對應的下落時間t1:t2:t3=1:2:3的關系，驗證了自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。
5.2 實驗二：測量重力加速度g值。
（1） 實驗原理：根據自由落體運動公式(1)h=gt2/2可以得到
(2)
只要測出物體下落的距離h和對應的下落時間t，就可以計算出重力加速度g值來。
（2）實驗操作：將光電門移至標尺100cm處，實驗操作過程同實驗一，分別測量五次，取平均值，將所測量的數據代入公式(2)，即可求出重力加速度g值。
這種實驗方法簡單、方便，但測得的重力加速度g值一般誤差較大。原因：
a). h的**測量有困難，h的起始點為鋼球的直徑下沿，但當鋼球通過光電門時，不一定正好是鋼球的直徑下沿，很可能偏離一些，帶來一定的△h誤差。
b). 由于電磁鐵斷電的瞬間，電磁鐵有剩磁，鋼球滯后下落，這就造成了時間測量上的誤差。
5.3 實驗三：初速度不為零且相等的自由落體實驗法，測量g值。
（1）實驗原理：為了減少電磁鐵剩磁和h測量的誤差對實驗精度帶來的影響，采用初速度不為零的自由落體運動，其公式h=V0t+gt2/2，見圖三。將兩個光電門分別置于A,B兩點處，鋼球從零點開始自由下落，設到達A點的速度為V0，再經過時間t1后，鋼球到達B點，AB兩點間的距離為h1，則有：
h1=V0t1+gt12/2 (3)
將光電門B下移一段距離至B'點，重復上述實驗。設鋼球從A點經過時間t2到達B'點，AB'兩點間距離為h2，則有：
h1=V0t2+gt22/2 (4)

圖三
將式(4)×t1，式(3)×t2，兩式相減得：
h2t1-h1t2=g(t22t1-t12t2)/2
g=2(h2/t2-h1/t1)/(t2-t1) (5)
實驗的相對誤差計算公式為：δ＝│g標-g測│/g標x100％…………… (6)
重力加速度的理論值g=980.094cm/s2
這樣實驗的結果比實驗二**的多，與標準重力加速度的相對誤差可做到≤1％。
5.3.2 實驗操作
儀器與計時器連接好，調整好，將二個光電門分別移到40cm，80cm標尺刻度處，接通計時器電源，將同步開關撥到“吸”位置上，電磁鐵通電，將鋼球吸住，按清零鍵使屏幕顯示“0.00”。將同步開關撥到“放”位置上，鋼球自由下落通過兩個光電門，計時器自動顯示出鋼球通過兩個光電門40cm～80cm的的間隔時間t2-t1為(5)式中的t1，重復做五次實驗，取其平均值。再將下端處的光電門移到100cm處，重復上述實驗，取t2平均值。全部實驗結束。將實驗數據代入公式(5)，可計算出g的測量值，代入公式(6)求出相對誤差。
5.4 實驗四：
與頻閃光源，照相機，學生實驗電源和黑布幕配合做自由落體運動的頻閃照像，具體的實驗方法可參照J02015-2簡易頻閃光源的使用說明書。將沖洗好的底片用投影儀投射到墻上，用直尺（或盒尺）分別測量出鋼球在各段相等的時間內下落的位移，h1、h2、h3…hn，如果能驗證在各段相等的時間內位移的增加量△h=h2-h1=h3-h2=……=hn-hn-1都相等，則可判斷、驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速運動。并且從影像上可以直觀形象地觀察到鋼球自由下落的運動軌跡。
6 注意事項
6.1 嚴禁帶電進行光電門接口的插、拔操作，以免造成儀器損壞。
6.2 電磁鐵吸球器電源的+（紅色接線柱）、-（黑色）極，不能反接，以免造成儀器損壞。
6.3 作自由落體實驗的高度一般應>0.1m。因為，高度越小幾何尺寸的**誤差對實驗結果影響越大。
7 裝箱清單:
部件名 數量
1 主體 1200mm(1600mm)，內含(垂直調節螺栓3只，固定螺釘、螺母8套) 1套
2 自由落體插頭及電纜線，內含(電磁鐵吸球器1套，光電門2個) 1套
3接球架網 1件
4 鋼球 2個
5 重錘 1件
6 備用聚光電珠 4只
7 TC-LG-1型配：架腿附件限制螺釘；TC-LG-2型配：附件盒
（內含鑄鐵架腳3件，M6內六角螺釘6個，內六角搬手1件，調節螺栓3個） 1件 1盒
8 說明書 1份
9 合格證 1份

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