CN113296158A - 一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法 - Google Patents

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何俊荣
徐四六
肖博
赵俊
姚俊
李木子
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Abstract

本发明提供了一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，属于物理实验方法技术领域。电磁铁的开关断开，金属摆球处于自由下垂状态，设置手机感光模块位于金属摆球正下方，保持手机位置不变；电磁铁的开关闭合，电磁铁对金属摆球产生磁吸力，金属摆球被磁吸至电磁铁处，再断开电磁铁的开关；打开手机中安装好的phyphox软件，打开phyphox软件中的感光模块采集光照度数据；利用感光模块采集到的光照度数据图形，导出光照度数据，得到单摆振动的周期T；从而计算当地的重力加速度。本发明具有精度高等优点。

Description

一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法
技术领域
本发明属于物理实验方法技术领域，涉及一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法。
背景技术
在大学物理实验中，单摆测量重力加速度是一个重要的教学内容。当前单摆测量重力加速度经典的实验装置是金属摆球通过摆线固定在支架上进行小幅度摆动。利用米尺测量出摆线长度l′，利用游标卡尺测量出金属摆球的直径r，则可计算出摆长l＝l′+r/2。利用秒表测量单摆做多次摆动所用的时间，计算出摆动一次的时间即为单摆的周期T，由公式
Figure BDA0003079622080000011
可计算出当地的重力加速度 g的值。
单摆测量重力加速度经典实验装置的误差之一主要来自单摆周期的测量上。要注意测准时间，要从金属摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒数计数计时的方法，不能漏计或多计摆动次数。单摆周期的测量受人工计时和实验者对平衡位置判断的影响，测量周期和时间的准确度不高。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，本发明所要解决的技术问题是如何方便、精确地测量单摆周期，从而提高测量的精度。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，其特征在于：包括一测量工具，所述测量工具包括底座、支撑杆一、支撑杆二、电磁铁、顶座、线状光源、摆线、金属摆球和感光模块；
所述支撑杆一和支撑杆二竖直连接在顶座和底座之间，所述顶座位于底座上方；
所述电磁铁安装在支撑杆一的内测，即靠近金属摆球的一侧，所述电磁铁的线圈串联有供电电源和开关，可通过开关控制电磁铁的导通和断开；
所述线状光源安装在所述顶座的下侧，用来为所述金属摆球提供均匀环境光；
所述摆线上端连接在所述顶座中心处，所述摆线下端与所述金属摆球连接；
所述金属摆球处于自由下垂状态时，所述感光模块位于所述金属摆球正下方；
重力加速度的测量方法包括以下步骤：
A、用米尺所述测量摆线的长度l′，用游标卡尺测量所述金属摆球的直径r，计算出摆长l＝l′+r/2；
B、所述电磁铁的开关断开，电磁铁对所述金属摆球无磁吸力，所述金属摆球处于自由下垂状态，设置手机感光模块位于所述金属摆球正下方，保持手机位置不变；
C、所述电磁铁的开关闭合，电磁铁对所述金属摆球产生磁吸力，所述金属摆球被磁吸至所述电磁铁处，再断开所述电磁铁的开关，所述金属摆球开始摆动，并做单摆振动；
D、打开所述手机中安装好的所述phyphox软件，打开所述 phyphox软件中的所述感光模块采集光照度数据；
E、利用所述感光模块采集到的光照度数据图形，导出所述光照度数据，得到所述单摆振动的周期T；
F、将所述摆长l和所述周期T代入到公式
Figure BDA0003079622080000021
即可计算出当地的重力加速度g的值。
需要说明的是，所述感光模块的具体载体为：将手机置于底座上，手机内安装有phyphox软件，利用的是phyphox软件中的感光模块；为使实验效果更好，金属摆球的直径应大于手机感光模块的直径，金属摆球的直径大于手机上感光模块的感应区的物理直径。
与经典单摆测量重力加速度实验装置相比，本发明具有以下优点：
(1)以图形化方法测量出单摆周期T，相比秒表测量周期方法更准确、简单；
(2)phyphox软件显示的光照度周期性变化代表单摆的简谐振动，实验效果更加直观。
附图说明
图1是加速度测量工具的结构示意图。
图2是手机的感光模块采集得到的单摆振动光照度数据。
图中，1、底座；2、支撑杆一；3、支撑杆二；4、电磁铁；5、顶座；6、线状光源；7、摆线；8、金属摆球；9、感光模块。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1和图2所示，包括一测量工具，测量工具包括底座1、支撑杆一2、支撑杆二3、电磁铁4、顶座5、线状光源6、摆线7、金属摆球8和感光模块9；
支撑杆一2和支撑杆二3竖直连接在顶座5和底座1之间，顶座5位于底座1上方；
电磁铁4安装在支撑杆一2的内测，即靠近金属摆球8的一侧，电磁铁4的线圈串联有供电电源和开关，可通过开关控制电磁铁4的导通和断开；
线状光源6安装在顶座5的下侧，用来为金属摆球8提供均匀环境光；
摆线7上端连接在顶座5中心处，摆线7下端与金属摆球8 连接；
金属摆球8处于自由下垂状态时，感光模块9位于金属摆球 8正下方；
重力加速度的测量方法包括以下步骤：
A、用米尺测量摆线7的长度l′，用游标卡尺测量金属摆球8 的直径r，计算出摆长l＝l′+r/2；
B、电磁铁4的开关断开，电磁铁4对金属摆球8无磁吸力，金属摆球8处于自由下垂状态，设置手机感光模块9位于金属摆球8正下方，保持手机位置不变；
C、电磁铁4的开关闭合，电磁铁4对金属摆球8产生磁吸力，金属摆球8被磁吸至电磁铁4处，再断开电磁铁4的开关，金属摆球8开始摆动，并做单摆振动；
D、打开手机中安装好的phyphox软件，打开phyphox软件中的感光模块9采集光照度数据；
E、利用感光模块9采集到的光照度数据图形，导出光照度数据，得到单摆振动的周期T；
F、将摆长l和周期T代入到公式
Figure BDA0003079622080000041
即可计算出当地的重力加速度g的值。
需要说明的是，感光模块9的具体载体为：将手机置于底座 1上，手机内安装有phyphox软件，利用的是phyphox软件中的感光模块9；为使实验效果更好，金属摆球8的直径应大于手机感光模块9的直径，金属摆球8的直径大于手机上感光模块9的感应区的物理直径。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，其特征在于：包括一测量工具，所述测量工具包括底座(1)、支撑杆一(2)、支撑杆二(3)、电磁铁(4)、顶座(5)、线状光源(6)、摆线(7)、金属摆球(8)和感光模块(9)；
所述支撑杆一(2)和支撑杆二(3)竖直连接在顶座(5)和底座(1)之间，所述顶座(5)位于底座(1)上方；
所述电磁铁(4)安装在支撑杆一(2)的内测，即靠近金属摆球(8)的一侧，所述电磁铁(4)的线圈串联有供电电源和开关，可通过开关控制电磁铁(4)的导通和断开；
所述线状光源(6)安装在所述顶座(5)的下侧，用来为所述金属摆球(8)提供均匀环境光；
所述摆线(7)上端连接在所述顶座(5)中心处，所述摆线(7)下端与所述金属摆球(8)连接；
所述金属摆球(8)处于自由下垂状态时，所述感光模块(9)位于所述金属摆球(8)正下方；
重力加速度的测量方法包括以下步骤：
A、用米尺所述测量摆线(7)的长度l′，用游标卡尺测量所述金属摆球(8)的直径r，计算出摆长l＝l′+r/2；
B、所述电磁铁(4)的开关断开，电磁铁(4)对所述金属摆球(8)无磁吸力，所述金属摆球(8)处于自由下垂状态，设置手机感光模块(9)位于所述金属摆球(8)正下方，保持手机位置不变；
C、所述电磁铁(4)的开关闭合，电磁铁(4)对所述金属摆球(8)产生磁吸力，所述金属摆球(8)被磁吸至所述电磁铁(4)处，再断开所述电磁铁(4)的开关，所述金属摆球(8)开始摆动，并做单摆振动；
D、打开所述手机中安装好的所述phyphox软件，打开所述phyphox软件中的所述感光模块(9)采集光照度数据；
E、利用所述感光模块(9)采集到的光照度数据图形，导出所述光照度数据，得到所述单摆振动的周期T；
F、将所述摆长l和所述周期T代入到公式
Figure FDA0003079622070000021
即可计算出当地的重力加速度g的值。
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