基于激光反射法的单摆测量重力加速度

林阅千,田 丰

(华中师范大学 第一附属中学，湖北 武汉 430223)

重力加速度g是随地点和时间而变化的物理参量，广泛应用于地球物理、空间科学、航空航天等领域[1]，对它的精确测量一直是国内外众多科研团队力求解决的基础问题之一[2-4]. 常用的测量方法[5]有单摆法、落球法和倾斜气垫导轨法等，目前最为精确的探测方法是原子干涉法[6]. 尽管原子干涉法测量精度最高，但由于其需要的仪器设备要求较高，而且测量环境较为苛刻，因此在普通场合很少用到. 在众多的常规测量方法中，单摆法因其装置简易，适用于各种不同场景，且测量精度较高、稳定性和可靠性较好而被广泛应用. 在传统的单摆测量重力加速度的过程中，误差的主要来源是摆长l和周期T的测量，并且圆锥摆的存在也是制约重力加速度测量精度的因素[7-8]. 为提高单摆法测量重力加速度的测量精度，本文利用激光反射法开展了相应的实验探索研究，获得了较高的探测精度.

1 原理与方法

1.1 单摆周期测量

实验原理如图1所示，当金属摆球静止时，1束激光垂直于单摆平面照射在金属摆球偏下处，此时激光束经摆球表面反射进入激光器正下方的光电探测器；当摆球开始偏离平衡位置做单摆运动时，由于摆球的半径较小，其表面反射的激光束在空间中扫出弧线，不再进入光电探测器；当摆幅更大时，激光束则不会照射在金属摆球表面，不再被反射. 因此，当摆球做单摆运动时，连……