利用數字化實驗系統測量重力加速度

袁乃榮

河北師范大學物理科學與信息工程學院 石家莊 050016

利用數字化實驗系統測量重力加速度

袁乃榮

河北師范大學物理科學與信息工程學院 石家莊 050016

物理學是一門以實驗為基礎的學科。在信息技術迅速發展的今天，信息技術與物理實驗教學的整合顯得尤為重要。筆者在進行“基礎物理實驗的分層次教學教改”實驗中，積極鼓勵學生采用不同的實驗方法完成同一實驗，有的學生采用“數字化信息系統（Digital Information System，簡稱DIS實驗室）”，完成單擺測重力加速度的實驗。通過本次實驗，學生不僅掌握了先進實驗設備的使用方法，而且深刻體會到先進科學技術在基礎實驗研究中的優勢地位。

1 器材

計算機、DIS數據采集器、光電門（時間傳感器）、細線、金屬擺球、鐵架臺、米尺。

2 裝置

用金屬球與細線組成單擺，用鐵架臺懸掛起來。將光電門固定在單擺球平衡位置的下方，使擺球的中央恰好擋住光電門的光束。將傳感器與數據采集器相連，數據采集器與計算機相連，裝置如圖1所示。

3 步驟

1）打開“友高數字化實驗室V3.3”，依次點擊“物理實驗”“單擺”“實驗窗口”按鈕，進入單擺實驗窗口，出現圖2所示界面。

2）用米尺測出擺長l，填入“擺長”的大窗口中。

3）讓擺球擺動起來，擺角要小一些（最好不超過5°），擺動盡可能處在與光電門的光束垂直的平面內。

4）單擊“開始采集”，則表格中逐次顯示出連續測量到的周期T值和它們的平均值。

5）單擊“停止采集”，然后單擊“記錄數據”，則當前的一組l、T值（平均值）就會紀錄在表格中。

6）多次改變擺長，重復2、3、4、5步驟，公測出不少于6組l、T值（平均值），也會自動記錄在表格中（擺長要在0.5～1.5 m范圍內取值）。

7）單擊“計算T2”，則表格“T2”欄中就會出現一個根據每一個T值計算出的結果。

8）單擊“計算g”，則表格“g”欄中就會出現一個根據每一組l、T值計算出的結果，以及這些個g的平均值。

9）單擊“保存表格”，將表格保存到“實驗報告”中。

表1 實驗數據

10）選定“T-l”圖像，單擊“畫點”，則坐標中出現表格中各組l、T對應的數據點；單擊“數據點連線”，則依據這些數據點畫出一條曲線。單擊“保存圖像”，將圖像保存到“實驗報告”中。

11）選定“T2-l”圖像，單擊“畫點”，則坐標中出現表格中各組l、T2對應的數據點；單擊“數據點連線”，則依據這些數據點畫出一條直線。單擊“保存圖像”，將圖像保存到“實驗報告”中。

12）完成實驗報告，單擊“存盤”，則會自動形成一個Word文檔形式的實驗報告。

筆者應用DIS完成“單擺”實驗的數據表格及圖像分別見表1和圖3。從實驗結果不難看出，相對誤差很小，僅為0.2%，并且將學生從繁瑣的計算中解脫出來。

4 思考與探究

1）單擺的振動周期與擺球的質量有無關系？

2）單擺的振動周期與擺球的振幅（或擺角）有無關系？

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.18.111