袁乃榮

河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 石家莊 050016

利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量重力加速度

袁乃榮

河北師范大學(xué)物理科學(xué)與信息工程學(xué)院 石家莊 050016

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。在信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合顯得尤為重要。筆者在進(jìn)行“基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的分層次教學(xué)教改”實(shí)驗(yàn)中，積極鼓勵(lì)學(xué)生采用不同的實(shí)驗(yàn)方法完成同一實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)生采用“數(shù)字化信息系統(tǒng)（Digital Information System，簡(jiǎn)稱DIS實(shí)驗(yàn)室）”，完成單擺測(cè)重力加速度的實(shí)驗(yàn)。通過本次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法，而且深刻體會(huì)到先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究中的優(yōu)勢(shì)地位。

1 器材

計(jì)算機(jī)、DIS數(shù)據(jù)采集器、光電門（時(shí)間傳感器）、細(xì)線、金屬擺球、鐵架臺(tái)、米尺。

2 裝置

用金屬球與細(xì)線組成單擺，用鐵架臺(tái)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(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連，裝置如圖1所示。

3 步驟

1）打開“友高數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室V3.3”，依次點(diǎn)擊“物理實(shí)驗(yàn)”“單擺”“實(shí)驗(yàn)窗口”按鈕，進(jìn)入單擺實(shí)驗(yàn)窗口，出現(xiàn)圖2所示界面。

2）用米尺測(cè)出擺長l，填入“擺長”的大窗口中。

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

4）單擊“開始采集”，則表格中逐次顯示出連續(xù)測(cè)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(shù)據(jù)”，則當(dāng)前的一組l、T值（平均值）就會(huì)紀(jì)錄在表格中。

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

7）單擊“計(jì)算T2”，則表格“T2”欄中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)根據(jù)每一個(gè)T值計(jì)算出的結(jié)果。

8）單擊“計(jì)算g”，則表格“g”欄中就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)根據(jù)每一組l、T值計(jì)算出的結(jié)果，以及這些個(gè)g的平均值。

9）單擊“保存表格”，將表格保存到“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”中。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

10）選定“T-l”圖像，單擊“畫點(diǎn)”，則坐標(biāo)中出現(xiàn)表格中各組l、T對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；單擊“數(shù)據(jù)點(diǎn)連線”，則依據(jù)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出一條曲線。單擊“保存圖像”，將圖像保存到“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”中。

11）選定“T2-l”圖像，單擊“畫點(diǎn)”，則坐標(biāo)中出現(xiàn)表格中各組l、T2對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；單擊“數(shù)據(jù)點(diǎn)連線”，則依據(jù)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)畫出一條直線。單擊“保存圖像”，將圖像保存到“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”中。

12）完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，單擊“存盤”，則會(huì)自動(dòng)形成一個(gè)Word文檔形式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

筆者應(yīng)用DIS完成“單擺”實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)表格及圖像分別見表1和圖3。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果不難看出，相對(duì)誤差很小，僅為0.2%，并且將學(xué)生從繁瑣的計(jì)算中解脫出來。

4 思考與探究

1）單擺的振動(dòng)周期與擺球的質(zhì)量有無關(guān)系？

2）單擺的振動(dòng)周期與擺球的振幅（或擺角）有無關(guān)系？

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