利用自由落體(條形物體)測定重力加速度,比體測量準確.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儀器，利用自由落體實驗儀可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。
MHY-14519 型為：主體度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，DP-LG-1型為：主體度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 性能
2.1 儀器總 ： DP-LG-1型≥1.2m ；MHY-14519 型≥1.6m
2.2 實驗有效度 ： DP-LG-1型≥1.0m ；xe77MHY-14519 型≥1.4m
2.3 電磁鐵電源 ： DC6V
2.4 鋼直徑 ： 18mm
2.5 g值實驗相對誤差 ： ≤ 2％
3 結構與點
3.1 見圖。儀器由帶有標尺的鋁合金型材為主體，端裝有電磁鐵吸器，中間裝有兩個可意移動的光電門光電傳感器，下端裝有接架網，立柱下端固定在可調節的三腳支架上。
3.2 鋼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針，能方便地調節確定鋼自由下落的起始刻度基準。
3.3 立柱上端裝有電磁鐵吸器，當電磁鐵線圈接通直6V電源時，電磁鐵吸住鋼，切斷電源時，鋼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 MHY-14519 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，提了儀器的抗震性能，有利于提實驗度。鑄鐵式三腳支架是可拆卸的，便于運輸和貯存。（見圖二）
DP-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）MHY-14519 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）DP-LG-1型：將架腿附件調節螺釘裝入架腿底的M10螺孔中，以備后用。
（3）將電磁鐵吸器，兩個光電門及接架按圖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”，說明兩個光電門作正常。
4.2 將電磁鐵吸器，調節到刻度尺0點處，使鋼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：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?。簍1: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，將鋼吸住，（注意鋼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，鋼自由下落，計時器同步計時，當鋼通過兩個光電門后計時器自動停止計時，并循環顯示出鋼下落的時間t。
實驗中，依次移動光電門，使光電門的中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，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值般誤差較大。原因：
a). h的測量有困難，h的起始點為鋼的直徑下沿，但當鋼通過光電門時，不定正好是鋼的直徑下沿，很可能偏離些，帶來定的△h誤差。
b). 由于電磁鐵斷電的瞬間，電磁鐵有剩磁，鋼滯后下落，這就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下移段距離至B'點，重復上述實驗。設鋼從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，鋼自由下落通過兩個光電門，計時器自動顯示出鋼通過兩個光電門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。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自由下落的運動軌跡。
6 注意事項
6.1 嚴禁帶電行光電門接口的插、拔操作，以免成儀器損壞。
6.2 電磁鐵吸器電源的+（紅色接線柱）、-（黑色），不能反接，以免成儀器損壞。
6.3 作自由落體實驗的度般應>0.1m。因為，度越小幾何尺寸的誤差對實驗結果影響越大。
