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自由落體運動

自由落體運動. 大 綱. 目的、儀器 自由落體 (1) 原理 UPM-MFII 型光電計時器之使用方法 自由落體 (1) 實驗步驟 自由落體 (2) 儀器設定與步驟 實驗報告. 目的、儀器. 目的： 研究自由落體運動並測量重力加速度 g 值。 儀器： 1. 自由落體 (1) ： UPM-MF Ⅱ 型光電計時器（含光電管和電磁鐵），鉛錘與細線，米尺，鋼杯附海綿，鋼珠，支架。 2. 自由落體 (2) ：智慧型光電計時器 (Smart Timer) ，支架，鋼球與釋放裝置，接收板，控制盒，導線，米尺。. 自由落體 (1) 原理. 自由落體 (1) 原理：

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自由落體運動

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Presentation Transcript

  1. 自由落體運動 大 綱 目的、儀器 自由落體(1)原理 UPM-MFII 型光電計時器之使用方法 自由落體(1)實驗步驟 自由落體(2)儀器設定與步驟 實驗報告

  2. 目的、儀器 • 目的： • 研究自由落體運動並測量重力加速度g 值。 • 儀器： • 1. 自由落體(1)：UPM-MFⅡ型光電計時器（含光電管和電磁鐵），鉛錘與細線，米尺，鋼杯附海綿，鋼珠，支架。 • 2. 自由落體(2)：智慧型光電計時器(Smart Timer)，支架，鋼球與釋放裝置，接收板，控制盒，導線，米尺。

  3. 自由落體(1)原理 • 自由落體(1)原理： • 自由落體運動乃物體受地心引力作用而產生固定的重力加速度g，其值會隨地球表面位置的不同而有少許的變化，大小約為980cm/s2。由於自由落體運動為等加速度運動，其速度和位移公式分別為 • 從位移公式可求得重力加速度g 如下： • 一、初速度等於零：V0 = 0。

  4. 二、初速度固定，如圖4-1。物體自由落下後，經過某一定點A 的速度為V1，至另二點B 和C 的距離分別為S1 與S2，經歷時間分別為t1 與t2，則

  5. UPM-MFII 型光電計時器之使用方法 • 1. 計時器先按OFF 關機。 • 2. 將三支光電管的導線按1、2、3 的順序與計時器連接，並將光電管依次固定在支架上A、B、C 的位置，如圖4-1 所示。 • 3. 計時器按ON 開機。 • 4. 禁止使用指甲尖或筆尖按壓計時器面板的功能按鍵，只能用手指頭肉質的部份做按鍵的動作。 • 5. 做下面的動作：【功能】→【1】→【啟動】→【停止】。此時視窗內的時間顯示不為零。在整個實驗的過程除了要開始做實驗計時，否則視窗內的時間不得任意歸零，因為保持歸零狀態會使電磁鐵發燙，甚至會導致保險絲燒斷。

  6. 6. 以手指劃過各光電管之紅外線，同時察看計時器視窗中的三角形記號是否有亮暗的變化，若沒有請檢查導線接頭是否接觸不良，通常可能需要更換光電管，此時請先將計時器按OFF 關機，再更換光電管。 • 7. 將鉛錘線移到電磁鐵的尖端下方，調整底部水平鈕，使支架垂直，並確定鉛垂線和光電管的紅外線（亦即光電管之發射和接收的連接線）相交。 • 8. 熟悉功能3 與功能4 的操作。

  7. 自由落體(1)實驗步驟 • 一、 鋼珠初速度V0= 0 ： g =2S/t2。 • 1. 調整光電管位置，第1 支光電管（A 點）距電磁鐵40cm 以上，其他間隔10cm 以上。 • 2. 使用功能4，操作如下：【功能】→【4】→【歸零】電磁鐵啟動，吸住鋼珠→【啟動】。按歸零鍵時，電磁鐵即啟動，此時將鋼珠置於電磁鐵尖端，鋼珠會被吸住，接著馬上按啟動鍵使鋼珠掉落，計時器也開始計時。 • 3. 鋼珠通過三支光電管後計時停止，視窗會顯示d =？─？，按【0】【1】即得0（鋼珠起動點）到第1 支電管（A 點）的時間，按【0】【2】，得0 到第2 支光電管（B 點）的時間，再按【0】【3】，得0 到第3 支光電管（C 點）的時間。 • 4. 分別量取鋼珠中心點到第1、2 和3 支光電管中央的距離S。 • 5. 代入實驗紀錄中的公式計算重力加速度g 之值。

  8. 二、 鋼珠初速度V1 大小固定：g=2(S2t1-S1t2)/t1t2(t2-t1)。 • 1. 調整光電管位置，使第1 支光電管（A 點）距電磁鐵大約20cm，第2 支光電管（B 點）距電磁鐵大約60 cm，第3 支光電管（C 點）距電磁鐵大約100 cm。 • 2. 使用功能3，操作如下：【功能】→【3】→【歸零】電磁鐵啟動，吸住鋼珠→【啟動】。 • 3. 鋼珠通過第3 支光電管後計時停止。按【1】【2】即得第1 支到第2 支光電管的時間t1，按【1】【3】即得第1 支到第3 支光電管的時間t2。 • 4. 量取第1 支到第2 支光電管的距離S1，量取第1 支到第3 支光電管的距離S2。 • 5. 代入實驗紀錄中的公式計算重力加速度g 之值。 • 6. 計算百分誤差時，取台中地區的重力加速度測量值為標準值，如下面的附表。

  9. 自由落體(2)原理 • 鋼珠初速度V0= 0 ，參見自由落體(1)。

  10. 自由落體(2)儀器設定與步驟

  11. 1. 將鋼球釋放裝置鎖在支架上，支架移至最高點則d 約等於1.5m，如圖4-2所示。 • 2. 用鉛錘線在鋼球的正下方放置接收板，同時將接收板放在塑膠盒中以避免鋼球掉下後彈跳至它處。 • 3. 用彈簧片圓孔輕壓鋼球接觸螺絲，接著轉動螺絲旋鈕使鋼珠固定。注意：若欲得正確的時間數據，彈簧片夾住鋼球的力道要很輕，若此力道不易調控，可改採步驟10 的方式為之。 • 4. 把電話插頭插入Smart Timer 側邊的插孔（1 或2 皆可）。 • 5. Smart Timer 接上電源後開機，視窗出現PASCO scientific。 • 6. 用指腹做按鍵的動作。 • 7. 按紅色鍵：1 Select Measurement，視窗出現 Time：。

  12. 8. 重複按藍色鍵：2 Select Mode，直到視窗出現 Time：Stopwatch，再按Smart Timer 黑色鍵：3 Start/Stop，視窗出現Time：Stopwatch ＊，現在可以開始記錄自由落體的下降時間。 • 9. 反向轉動螺絲旋鈕使鋼球自由掉落，若鋼球撞擊到接收板的中央時，Smart Timer 會顯示鋼球掉落的時間。若無顯示需重新調整接收板的位置，重複按Smart Timer 的黑色鍵3 Start/Stop，當視窗再出現Time：Stopwatch ＊ 時就可以重新再測量一次(若有出現數字0.0001 時只需重複按黑色鍵3 Start/Stop直到視窗再出現Time：Stopwatch ＊)。

  13. 10. 若從步驟9 無法得到正確的時間數據(譬如時間數據很小)，可以嘗試用下面的方法：放鬆彈簧釘，將鋼球放在彈簧片的圓孔後直接用手指壓住靠緊(可以用右手的大拇指和中指壓住彈簧片下端同時食指固定在上面的水平桿)，接著按Smart Timer 黑色鍵：3 Start/Stop，視窗出現Time：Stopwatch ＊，現在可以開始紀錄自由落體的下降時間，將彈簧片扳開讓鋼球自由落下(扳開的動作要輕快以避免鋼球再次碰觸彈簧片)，其它的動作如步驟9。 • 11. 將Smart Timer 的時間記錄於實驗報告中。 • 12. 按Smart Timer 的黑色鍵3 Start/Stop 重新設定，並取130cm 和110cm 的高度各測量一次。

  14. 實驗報告 • 自由落體(1)

  15. 討論：

  16. 自由落體(2) • 討論：

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