利用声音传感器测量重力加速度
发布时间:2024-11-04
发布时间:2024-11-04
利用声音传感器测量重力加速度
物 理 实 验第28卷 第2期
PHYSICSEXPERIMENTATION2008年2月
Vol.28 No.2
Feb.,2008
利用声音传感器测量重力加速度
许 红,王建中
(华中师范大学物理科学与技术学院,湖北武汉430079)
摘 要:对平抛法测重力加速度进行了改进,选取朗威Dislab数字实验系统中的声音传感器测量小球下落时间,再计算重力加速度,此方法操作方便,易于在中学物理实验教学中实施.
关键词:重力加速度;声音传感器;时间
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号2()2 在中学物理实验中,,,法、[1].这些常用的测量方法,测量.然而,人工测量时间往往不准确,给结果带来较大误差.本文选取朗威Dislab数字实验系统,重新设计实验,采用声音传感器来计时,减少人工计时的误差.此测量方法操作方便简捷,易于在中学物理实验教学中实施.
要的时间,再测出小球下落的高度,即可计算出重力加速度的值.
2 装置与测量过程
装置如图1所示.将小球A静止置于很小的立柱上(立柱固定在水平桌面上),将小球B悬挂在铁架台上,调整小球B的位置使之能够与小球A发生正碰,将声音传感器固定放置在小球A与地面的中间位置,声音传感器通过数据采集器连接到计算机上
.
1 实验原理
物体作平抛运动时,在竖直方向上作自由落
体运动,位移[2]为h=gt2,由此可得g=2.只
2t要测出物体在竖直方向上运动的高度和时间,即可求出重力加速度g.实验原理虽然简单,但在
实际实验过程中,物体自由落体运动的距离h一般不可能很大,其下落的时间t非常短.因此,实验中如何实现准确的计时是主要的困难.
基于上述原理[3],选取朗威Dislab数字实验系统,采用其中的声音传感器来计时.将声音传感器连接到计算机,调整系统软件即会显示出声波振幅2时间的关系图像,根据系统软件的自动取值功能,点击图像上的任意一点,即可显示出此点的时间和振幅.由于朗威Dislab声音传感器对声音的敏感度较高(记录频率可达10kHz),所以测量结果精度较高,实验效果好.测量中,选取2个等大的钢球(直径为1.50cm),使两球碰撞,利用
图1 测量重力加速度的实验装置图
测量过程:
1)预先调整朗威Dislab数字实验系统的各项参数[4];
2)将小球B拉至适当的位置放下,同时点击
(
系统自动记录输入到传感器的系统软件“开始”
收稿日期:2007210223;修改日期:2007211224
作者简介:许 红(1978-),男,湖北十堰人,华中师范大学物理课程与教学论硕士,从事中学物理教学和中学物理实
验的研究
.
利用声音传感器测量重力加速度
18
物 理 实
验
第28卷
声音信号),记录小球B碰撞小球A时发出的声音信号,及小球A落地时碰撞地面的声音信号;
3)分析采集的数据图像,记录2次碰撞发生的时间,其间隔即为小球落地过程所需时间.
为保证实验效果,实验必须在较为安静的环境中进行,尽量减少其他杂音进入声音传感器.
对测量数据进行处理与计算,得到测量结果为g=(9.745±0.050)m/s2.查得武汉市当地重力加速度的标准值[2]为g=9.794m/s2.实际测量的相对误差为0.5%.
影响实验结果的因素主要有3方面:
1)由于立柱有一定宽度,从碰撞到小球作平抛运动有一定的时间间隔,对最后的计算结果会带来一定影响;
2)碰撞是一个过程,A和B两球,取最,t结果偏小,为了1,取t2时取首次出现波峰的时间值,因为小球落地时间为碰撞发生的最开始的时间;
3)实验无法保证两小球发生完全正碰,这也会影响实验的最终结果.
从测量结果来看,与其他常用方法相比,此方法的精度比较高,能够满足一般教学性物理实验的要求.
3 结果与讨论
图2为多次测量中的某次记录的声波振幅2时间图像.由图2可看出,小球A与B发生碰撞时出现第一次波峰,记下时间t1;小球B落地撞击地面时出现第二次波峰,记下时间t,度为0.550
m.参考文献:
图2 声波振幅2时间图像
[1] 赵清川,陈俭.测定重力加速度g值的五种方法
表1 实验数据
t1/s
t2/s
[J].物理教学探讨,2006,24(5):12.
g/(m s-2)
Δt/s
0.31980.31890.32110.32100.32060.32060.32020.3199
[2] 人民教育出版社物理室.全日制普通高级中学教科
0.69500.65600.71210.62090.76520.96051.04830.8724
1.01480.97491.03320.94191.08581.28111.36851.1923
9.77789.83319.69889.70489.72919.72919.75349.7326
书 物理(必修第一册)[M].北京:人民教育出版社,2003.
[3] 陶宏.物理实验论[M].南宁:广西教育出版社,
1996.
[4] 冯容士.DISLab通用软件与实验教学[J].物理教
学,2005,27(6):13217.
[5] 李传亮.用单摆测定重力加速度实验中的几点探讨
[J].物理实验,2006,26(4):28.
Measuringaccelerationofgravityusingsoundsensor
XUHong,WANGJian2zhong
(CollegeofPhysicalScienceandTechnology,HuazhongNormalUnversity,Wuhan430079,China)
Abstract:http://ingsoundsen2sortomeasurethetimeofthefalling,theaccelerationofgravitycanbecalculated.Themanipulationofthismethodisconvenient,andiseasytopracticeinmiddleschoolexperimentteaching.
Keywords:accelerationofgravity;soundsensor;time
[责任编辑:尹冬梅]