利用声音传感器测量重力加速度

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

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利用声音传感器测量重力加速度

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　　　　　　　　　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]