设计加速度计

 

　　1．液面加速度计

　　用有机玻璃或玻璃板胶合制成如图（二）4．19－1所示的扁平矩形容器，在容器正面两侧边缘上贴两条5毫米宽的坐标纸条，以1/2高度处作为0< /SPAN>点，上下对称地标上刻度。容器里装红色水，使液面与0刻度线重合。

　　如果把这个容器水平地放在列车上，列车以加速度a沿水平方向向右前进，则容器里的液面将变为倾斜状态，如图（二）4．19－2所示。并且加速度越大，倾斜角θ越大。为寻找加速度a与倾斜角θ的关系，我们设想在水中取一很小的水平的水柱，两侧的面积为ΔS，长度为L，左侧面中心高水面竖直高度为h，右侧面中心几乎就在水面上。使这个小水柱在水平方向做向右的加速度运动的力，为它的两侧面所受到的压力差，即有

　　

　　在我们制作容器时，取容器的长为20厘米，水平面为0刻线。取g≈10米/秒²，L＝10厘米，h为左侧水面高，则

　　a＝h（米/秒²）

即容器一端液面升高1厘米，就表示列车的加速度为1米/秒²，升高h厘米，a＝h（米/秒²）。

　　我们也可以用玻璃管弯成如图（二）4．19－3所示的U形管，做为加速度计，其原理与上述相同。

　　上述加速度计做好以后，你可以把它安放在力学小车上进行校正实验，同时用电磁打点计时器记录小车运动的点迹，分析打点纸带求出小车的加速度，然后与此加速度的读数比较。

　　2．弹簧秤加速度计

　　这种加速度计的结构如图（二）4．19－4所示。根据牛顿第二定律F＝ma，若已知物体的质量m，从测力计上读出F的大小，则物体的加速度a＝F/m。若F以牛顿为单位，

　　m取1千克，则加速度值a＝F（米/秒²）。

　　可以用一把算盘作为底座，把弹簧秤固定在算盘的框架上，取一块质量等于1千克的平滑的木块，把它放在算盘珠上，并用线与弹簧秤相连，即制成加速度计。

　　实验时，把加速度计放在列车上，使算盘的方向与列车前进的方向一致，当列车以恒定的加速度行驶时，弹簧秤上以牛顿为单位的读数值即为以米/秒²为单位的加速度值。

　　3．阻尼摆加速度计

　　结构如图（二）4．19－5，取扁平玻璃缸作容器，在盖子的中心悬挂一个金属摆球，容器里装满水。把这个装置放在列车上，同样可以根据摆线偏转的角度来确定加速度的大小。

　　根据图（二）4．19－6摆球的受力图，可得：

　　式中F_y为水对摆球向上的浮力，其大小F_y＝ρ_水Vg；

　　F_x为水对摆球沿水平方向的作用力，它是由于容器沿水平方向作加速运动所产生的，其大小F_x＝ρ_水Va，将F_y，F_x及m＝ρV代入上两式可得：

　　由此可得

a＝gtgθ。

选自：《高中物理课外实验》