論文以小組成員在法國(guó)交換實(shí)習(xí)期間的研究項(xiàng)目"用彈簧測(cè)量砝碼質(zhì)量"為例,重點(diǎn)介紹了該項(xiàng)目綜合運(yùn)用物理、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí),利用NI myDAQ、LabVIEW、Fortran等信息采集和計(jì)算工具,精確測(cè)量砝碼質(zhì)量的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。整個(gè)實(shí)驗(yàn)以項(xiàng)目為載體和導(dǎo)向,綜合應(yīng)用多學(xué)科多體系的知識(shí)解決項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題,培養(yǎng)探究知識(shí)的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力,提升專業(yè)素養(yǎng)。本項(xiàng)目能夠?yàn)楦嗑C合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)提供模式的借鑒和思考。 

【文章來(lái)源】：物理與工程. 2020,30(03)

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)模型圖

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)物圖

在進(jìn)行待測(cè)物體質(zhì)量測(cè)量之前,根據(jù)式(6),需要先測(cè)出我們定義的標(biāo)準(zhǔn)裝置的特征參數(shù)。首先,利用質(zhì)量比較儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為M0(M0=50.000g)的砝碼進(jìn)行了校準(zhǔn),采用電子秤測(cè)量彈簧的質(zhì)量ms(ms=3.566g)。其次,為了測(cè)量作為標(biāo)準(zhǔn)的彈簧振子的平均振動(dòng)周期T0,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)能測(cè)出彈簧振子振動(dòng)周期的傳感裝置(如圖2所示),設(shè)計(jì)原理在于利用IN myDAQ器件探測(cè)光電二極管感受光強(qiáng)變化時(shí)兩端電壓的變化,并通過(guò)LabVIEW軟件在電腦上顯示出電壓變化圖,電壓的變化周期正是該彈簧振子的振動(dòng)周期。具體操作過(guò)程及改進(jìn)措施如下:光電二極管電路的電源電壓設(shè)置為3V;打開(kāi)激光,照射光電二極管,選取砝碼靜止時(shí)的位置為平衡位置,調(diào)節(jié)彈簧與砝碼的整體高度,使砝碼的上平面剛好擋住激光;用手將砝碼豎直下拉一定的距離,然后釋放,砝碼與彈簧組成的彈簧振子振動(dòng),電腦屏幕上顯示出光電二極管兩端電壓隨時(shí)間變化的圖像,如圖3(a)所示,待圖像穩(wěn)定后手動(dòng)截取振動(dòng)周期并讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下兩個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致圖像失真(圖3(b)):①砝碼和彈簧整體橫向擺動(dòng);②砝碼上平面的掛鉤和彈簧會(huì)遮擋激光。此外,手動(dòng)截取一個(gè)周期時(shí)產(chǎn)生的誤差也較大。為了解決以上問(wèn)題,盡量減小誤差,我們提出了如下解決方案:①在包裝盒外選擇參照點(diǎn)并做標(biāo)記,保證砝碼每次在豎直下方離平衡位置1cm處釋放,且盡量避免砝碼橫向擺動(dòng);②為防止砝碼掛鉤及彈簧對(duì)激光的遮擋,選取砝碼靜止時(shí)其下平面位置為平衡位置參考點(diǎn),使砝碼下平面剛好擋住激光;③由原先的每次截取一個(gè)振動(dòng)周期改為截取兩個(gè)振動(dòng)周期。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以后,項(xiàng)目組在每次測(cè)量時(shí)讀取兩個(gè)周期,重復(fù)測(cè)量10次,舍棄數(shù)據(jù)中的最大值及最小值,然后求得標(biāo)準(zhǔn)砝碼的振動(dòng)周期平均值T0。方程(7)中的常數(shù)a、b就已確定。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]“千克”等4項(xiàng)基本單位被重新定義[J]. 關(guān)毅.  自然雜志. 2018(06)
[2]物理與實(shí)際工程交叉課程的教學(xué)實(shí)踐[J]. 邵長(zhǎng)金,周廣剛,楊振清,石軍太.  物理與工程. 2018(05)
[3]關(guān)于間接測(cè)量量不確定度計(jì)算的教學(xué)嘗試[J]. 談國(guó)太,李亞蒙,侯婷婷,陳喜燕,李雪.  大學(xué)物理. 2017(05)
[4]NI myDAQ在電子電路工程實(shí)踐教育中的應(yīng)用[J]. 李夢(mèng)軍.  山東電力高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào). 2012(01)
[5]對(duì)有質(zhì)量彈簧的振子系統(tǒng)振動(dòng)周期的探討[J]. 黃兆梁.  大學(xué)物理. 2011(05)
[6]豎直振動(dòng)彈簧的質(zhì)量對(duì)振動(dòng)周期的影響[J]. 劉曉霞,王智.  大學(xué)物理. 2010(11)
[7]誤差與不確定度在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重點(diǎn)把握及應(yīng)用[J]. 王向川.  成都大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(01)



本文編號(hào)：3214851