用微電腦輸液泵測量重力加速度的方法探究

李漢全

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650092)

姜英虹

(昆明學院醫學院 云南 昆明 650214)

羅東保 吳惠

(云南師范大學物理與電子信息學院 云南 昆明 650092)

重力加速度是物理學中一個重要的參量．地球上各個地區的重力加速度的數值，隨著該地區的地理經、緯度和海拔的不同而稍有差異．一般地說，在赤道附近重力加速度數值最小，越靠近南北兩極，重力加速度的數值越大，最大值與最小值之差約為0.003．精確地測量重力加速度的分布情況，在物理學中具有極其重要意義，常見的測量重力加速度的方法有：單擺法[1]、自由落體法[2]、微幅擺法[3]等， 其中自由落體法是最準確、最直接的測量方法．滴水法[4]是自由落體法中最常用的一種方法，其實驗原理簡單、可操作性強，用高精度的測量工具測出下落的時間和高度，即可得出重力加速度．在采用滴水法測量重力加速度時，使前一滴水滴到燒杯底部且發出聲音的時刻，后一滴水恰好滴出(該操作需人為調節，存在較大誤差)，本文通過借助于醫用微電腦輸液泵直接測量滴速計算水滴下落的時間t，并用鋼尺測量下落的高度h，從而計算重力加速度g．

微電腦遙控便攜式輸液裝置系統為一種支撐平臺，其平臺表現為微電腦便攜式輸液泵，通過無線網絡技術和輸液管理相關軟件等對患者的輸液過程予以控制，從而對輸液的速度以及流量實施控制[5]．泵裝置是整個系統的“心臟”，是輸送液體的動力源醫用輸液泵一般采用的是指狀蠕動泵作為動力源．直接使用會帶來脈沖，不利于實驗操作．本實驗僅利用微電腦輸液泵作為滴速測量裝置，準確測量液體的滴速，從而計算水滴下落的時間t．

1 實驗原理

2 實驗儀器

微電腦輸液泵一臺，一次性輸液器一套，支架，燒杯，搪瓷片，鋼尺．

3 實驗步驟

(1)將微電腦輸液泵連好一次性輸液器并固定在支架上，去掉輸液器針頭，使滴口朝下．在瓶口正下方的地面上放置內有搪瓷片的燒杯，如圖1所示．

圖1 微電腦輸液泵測量重力加速度的實驗原理圖

(2)調節好恰當的高度，打開輸液器，調節輸液器中水的滴速，一邊聽水滴落在燒杯底部搪瓷片產生的響聲，一邊注視管口的水滴，反復調節使水滴與管口分離的時刻恰好為前一水滴撞擊搪瓷片發出響聲的時刻．連續觀察20～30滴均維持同步，即達到調節要求．

(3)讀出微電腦輸液泵的每分鐘的滴速n，用鋼尺測量下落的高度h．

(4)根據自由落體運動的規律可得：重力加速度g，即

4 實驗結果及分析

實驗數據及計算結果如表1所示，結果分布圖如圖2所示.

表1 微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數據及計算結果

圖2 微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數據分布圖

由圖2 (微電腦輸液泵測量重力加速度測量的數據分布圖)得知：重力加速度分布的漸進方程為

y=0.007 3 x+9.730 1 (R2=0.380 9)

9.762 95m/s2．

5 結論

本文利用微電腦輸液泵測量重力加速度，設計原理簡單，通過實驗可測得昆明地區的重力加速度為9.76m/s2，該測量結果與真實值9.78m/s2相差較小，誤差為0.02，其誤差較小、精確度較高、可靠度較好．本實驗采用生活中的醫用輸液泵測量重力加速度，充分體現了物理學科“從生活中走進物理，從物理中走向社會”的課程理念，既能激發學生的學習興趣，又能引導學生積極思考，對中學物理重力加速度相關內容教學有一定的借鑒作用．