自由落体加速度
新教材中“做一做”,推荐用手机测自由落体加速度,今天我们就来试一试。
推荐使用phypyox软件,打开软件,点击“加速度(不含g)”传感器。
让手机对应的y轴向下,x轴和z轴保持水平。点击传感器的开始按钮,松手释放手机,让其自由下落,手机最后掉落在事先准备好的软垫上,然后停止传感器的运行,得到下面的图像。
phyphox软件
去除后面杂乱图像(手机已经落到软垫上),由图像观察可以观察到:x轴线性加速度和z轴线性加速度基本为零,y轴线加速度有一段相对稳定的加速度值。
将Y轴线性加速度图像放大观察。
图像开始阶段有个小突起,分析原因:手持手机释放,手有微小抖动导致。去掉异常的突起部分,可以观察到,y轴线加速度基本稳定在一个小于10m/s2的值,随着时间的推移数值略有减小。初步猜测是由于空气阻力造成差异,下落过程,速度增大,空气阻力增大,加速度值减小。
Y轴线性加速度值具体是多少呢?将实验数据导出到电脑观察。
图表中第一列为实验过程对应的时刻点,第二、第三、第四列分别对应x轴、y轴、z轴加速度。
从表格中可以看出,8.14s~8.17s内(蓝色部分)数据忽大忽小不稳定,应该就是手持手机抖动造成。
然后看y轴线性加速度,从8.18s~8.56s,加速度值基本保持在9.8m/s2,具体从9.82m/s2~9.71m/s2略有减小。但是,再观察数据发现,在此过程中x轴、z轴加速度并不完全是零,而且越接近后期,x轴和z轴方向加速度数值也越大,比较大时达到了0.63 m/s2,1.07 m/s2,也就说明后阶段手机并没有完全保持竖直,y轴线加速度并不能完全表示竖直方向的加速度,手机的加速度应该看三个方向的合速度,即要看表格中的最后一列。观察表格数据可得最后一列中,加速度数值变化从9.82 m/s2~9.79m/s2,数值差异明显缩小。
网上查了一下,上海地区的重力加速度的值为9.7964 m/s2,无锡地区的应该差不多,但是实验测量值比实际值稍大,这又是什么原因呢?