光电门测量重力加速度实验

实验原理

重力加速度是物体在重力作用下自由下落时的加速度，是一个重要的物理常数。本实验利用光电门传感器测量自由落体过程中物体通过不同位置的时间，通过运动学公式计算重力加速度。

实验装置由一个光电门传感器和挡光阵列组成，当物体自由下落时，挡光阵列依次遮挡光电门，传感器依次测量出对应的时刻。

挡光阵列如图1所示：

测量物体通过光电门的时刻，可以计算出物体在不同位置的瞬时速度，进而求出重力加速度。

测量原理如图2所示：

光电门传感器如图3所示：

实验步骤

• 拨动1号开关到on位置，打开光电门传感器开关并确保数据正常传输

• 点击"连接传感器"按钮连接光电门设备
• 按动2号触动按钮，光电门准备工作完成
• 点击"开始采集"按钮，准备记录数据
• 将挡光阵列释放，使其自由下落
• 观察距离-时间和速度-时间图像的变化
• 点击清除数据按钮，重复实验多次，记录数据
• 完成实验后点击"停止采集"按钮
• 分析数据，对速度-时间图像进行最小二乘法拟合，计算重力加速度值并与理论值比较
• 注：挡光阵列下落时要确保竖直下落，避免挡光位移对实验结果产生较大影响

结果分析

从图表中可以观察到：

• 距离-时间图像：呈现二次函数关系，符合自由落体运动规律
• 速度-时间图像：呈现线性关系，斜率即为重力加速度 $g$
• 理想情况下，重力加速度 $g \approx 9.8 \text{ m/s}^2$
• 实际测量值可能受到空气阻力、测量误差等因素影响

通过多次实验和数据分析，可以：

• 验证自由落体运动的基本规律
• 测定当地的重力加速度值
• 分析实验误差的来源和影响因素
• 提高实验的精度和可靠性