利用弹簧法精确测量砝码质量的实验探究

发布时间：2021-06-06 17:43

　　论文以小组成员在法国交换实习期间的研究项目"用弹簧测量砝码质量"为例,重点介绍了该项目综合运用物理、技术、工程、数学等相关知识,利用NI myDAQ、LabVIEW、Fortran等信息采集和计算工具,精确测量砝码质量的设计与实验探究过程。整个实验以项目为载体和导向,综合应用多学科多体系的知识解决项目中遇到的问题,培养探究知识的能力、实践动手能力和解决问题的能力,提升专业素养。本项目能够为更多综合设计性实验的学习提供模式的借鉴和思考。 

【文章来源】：物理与工程. 2020,30(03)

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

实验平台模型图

实验平台实物图

在进行待测物体质量测量之前,根据式(6),需要先测出我们定义的标准装置的特征参数。首先,利用质量比较仪对标准质量为M0(M0=50.000g)的砝码进行了校准,采用电子秤测量弹簧的质量ms(ms=3.566g)。其次,为了测量作为标准的弹簧振子的平均振动周期T0,我们设计了一个能测出弹簧振子振动周期的传感装置(如图2所示),设计原理在于利用IN myDAQ器件探测光电二极管感受光强变化时两端电压的变化,并通过LabVIEW软件在电脑上显示出电压变化图,电压的变化周期正是该弹簧振子的振动周期。具体操作过程及改进措施如下:光电二极管电路的电源电压设置为3V;打开激光,照射光电二极管,选取砝码静止时的位置为平衡位置,调节弹簧与砝码的整体高度,使砝码的上平面刚好挡住激光;用手将砝码竖直下拉一定的距离,然后释放,砝码与弹簧组成的弹簧振子振动,电脑屏幕上显示出光电二极管两端电压随时间变化的图像,如图3(a)所示,待图像稳定后手动截取振动周期并读数。实验过程中发现如下两个问题会导致图像失真(图3(b)):①砝码和弹簧整体横向摆动;②砝码上平面的挂钩和弹簧会遮挡激光。此外,手动截取一个周期时产生的误差也较大。为了解决以上问题,尽量减小误差,我们提出了如下解决方案:①在包装盒外选择参照点并做标记,保证砝码每次在竖直下方离平衡位置1cm处释放,且尽量避免砝码横向摆动;②为防止砝码挂钩及弹簧对激光的遮挡,选取砝码静止时其下平面位置为平衡位置参考点,使砝码下平面刚好挡住激光;③由原先的每次截取一个振动周期改为截取两个振动周期。实验改进以后,项目组在每次测量时读取两个周期,重复测量10次,舍弃数据中的最大值及最小值,然后求得标准砝码的振动周期平均值T0。方程(7)中的常数a、b就已确定。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3214851